造成湖南SLS激光快速成型误差的因素分析

guirong, yang Uncategorized Leave a Comment

 

造成湖南SLS激光快速成型工艺误差的因素较多,SLS工艺中的烧结参数主要有预热温度、激光功率、扫描速度、扫描间隔、扫描路径以及层厚等。而且各因素对此误差的影响差别很大,同时各因素之间也相互关联、相互制约。影响零件表面粗糙度的参数主要是扫描间隔和层厚;而对于零件的尺寸精度和形状精度来说,则是几个因素综合作用的结果。
1、粉末预热温度对误差的影响
由于激光加热时,粉末温度突然升高使之与周围粉末之间产生一个较大的温度梯度,易导致翘曲变形。对粉末进行预热有利于减少激光照射的粉末与其周围粉末之间的温度梯度从而可以改善制件的翘曲变形嘲。如果预热温度太低,由于粉层冷却太快,熔化颗粒之间来不及充分润湿和互相扩散、流动,烧结体内留下大量空隙,导致烧结深度和密度大幅度下降,成形件质量因此受到很大的影响。随着加热温度的提高,粉末材料导热性能变好,同时低熔点有机成分液相数增加,有利于其流动扩散和润湿,可以得到更好的层内烧结和层间烧结,使烧结深度和密度增加,从而提高成形质量。湖南SLS激光快速成型华曙高科提醒,若预热温度太高,又会导致部分低熔点有机物的碳化和烧损,反而降低烧结深度和密度。
2、烧结温度控制不当引起的误差
激光的烧结温度是影响SLS制件的主要因素之一。激光束对粉末材料的扫描烧结温度决定于两个因素:一个是激光束的扫描速度,另一个是扫描激光器的功率输出。扫描速度越高、功率输出越低、受照射的粉末材料的受热温度越低,而扫描速度越低、功率输出越高,受照射的粉末材料的受热温度越高。湖南SLS激光快速成型中的激光扫描烧结与激光切割中的情形不太相同,当激光束扫描加热粉末材料时,激光对粉末颗粒的能量辐射时间极短,一般在0.1 ms——0.1 s。将每层烧结材料加热到某一温度区间,如烧结温度t大于t(max)就会引起材料被破坏;如烧结温度小于t(min)则不能达到使粉末材料互相粘结的目的,影响制件的力学性能。
湖南SLS激光快速成型华曙高科指出,合理的控制烧结温度必须从影响烧结温度的两个决定因素入手。扫描速度增大,单位距离内激光扫描的时间就减小,扫描在粉末上瞬间能量密度就减小;反之,就增大。因此,扫描速度对烧结件精度和密度的影响与激光功率对其影响成相反的效果。扫描速度的大小,决定了成形速度的快慢。从快速成形方面考虑,应尽量选择高的扫描速度。
3、激光扫描路径对误差的影响
当激光扫描到粉末时,粉末由于温度突然升高达到熔点而熔化,并与周围粉末形成一个较大的温度梯度,产生热应力。扫描完成后,粉末温度下降,先前熔化的粉末凝固收缩,产生残余应力。热应力与残余应力相互作用,引起烧结体的翘曲变形,并且随着成型区面积的增大翘曲变形呈现增大趋势。湖南SLS激光快速成型华曙高科指出,通常的快速原型激光扫描方式按其扫描路径不同可分为以下几类:第l类为顺序往返直线扫描法,从左往右直线填充;第2类为分区扫描,分区扫描将截面分割成若干个无内孔的扫描子域,扫描子域内部用直线填充,以减少成型区面积;第3类为扫描线平行于边界轮廓线,如同螺旋一样,由内向外或由外向内的环形扫描;第4类为分形扫描,所采用的扫描轨迹是一种具有自相似特征的分形结构图形。
扫描方式的选择直接影响湖南SLS激光快速成型加工层面上的温度场分布和成型区的扫描顺序,对制件翘曲变形有十分重要的影响。如果对同一点的激光扫描次数控制不合理,扫描次数过多,则温度会过高,对成型件产生不良影响。
4、单层层厚的影响
单层层厚就是指铺粉厚度,由于快速原型分层离散制造的特点,使得沿模型高度方向的单层烧结厚度(对应于切片厚度)对制件局部形状特征有着十分重要的影响。单层厚度过大造成制件局部细微特征的忽略,成型方向上的层间效应明显,表面光洁度下降,甚至会使激光能量无法传递到烧结层的底部粉末,使得层与层之间的粘结无法完成,导致加工过程的失败。反之,单层厚度过小会使得加工效率降低,层片之间很容易产生翘曲变形,所以必须选择合适的单层厚度。湖南SLS激光快速成型华曙高科建议,对形状复杂、成型精度高的制件,以制件要求精度的一半作为单层厚度的极限值,可以使模型在满足精度要求下保留其细微的局部特征。对于形状较为简单的实体.则可以选择比较大的单层厚度,但必须使得单层厚度小于加工激光功率所能保证的烧结厚度。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注