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《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)》2017年
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选择性激光烧结PS/GF复合粉末拉伸强度工艺参数优化的实验研究

杨来侠  周文明  龚林  陈梦瑶  王勃  杨繁荣  
【摘要】:针对选择性激光烧结(SLS)工艺中聚苯乙烯(PS)粉烧结件强度低的现状,以75μm的无碱玻璃纤维(GF)作为增强剂进行改性研究。由于PS粉树脂基体与玻璃纤维界面结合性能较差,采用硅烷偶联剂KH550对玻璃纤维进行表面改性处理。通过机械混合法制备了质量比为9:1的PS/GF复合粉末。粒径分析表明制备的复合粉末粒径整体呈"正态分布",粉末粒径主要分布在24.88-139.8μm,平均粒径为82.66μm。在众多影响SLS工艺烧结件成型质量的因素中,工艺参数的影响较显著,利用三因素三水平正交试验研究预热温度(A)、扫描速度(B)和扫描间距(C)3个实验因素对PS/GF烧结件拉伸强度的影响。为了减小实验误差,在SLS300激光快速成型机上每次等间距并排烧结5个国家标准规定的拉伸强度试样,其均值作为实验结果。正交试验结果表明,PS/GF烧结件的平均拉伸强度在0.41-3.10MPa之间。对于PS/GF烧结件拉伸强度而言,作用在复合粉末上的激光能量越高,烧结件的力学性能越好。由方差优化分析结果可知各实验因素对拉伸强度影响的显著水平从大到小依次为扫描速度(B)、预热温度(A)和扫描间距(C)。最优工艺参数组合为预热温度85℃,扫描速度1400mm/s,扫描间距0.26mm,此时进行烧结实验PS/GF烧结件拉伸强度为3.60MPa,在此工艺参数组合下,用纯PS粉烧结拉伸试样,经测试拉伸5个试样的均值为3.25MPa。PS/GF复合粉末烧结件比纯PS粉拉伸强度提高了10.77%,达到增强改性的目的。通过对不同的激光能量密度下PS/GF拉伸试样横断面的微观形貌进行对比分析可看出,随着激光能量密度的提高,粉末颗粒的烧结颈明显变大因相互粘连而形成块状形貌,因而烧结件内部致密程度也较高。同时,玻璃纤维被PS基体熔融包覆的程度也逐渐提高,由于玻璃纤维主要镶嵌在PS粉树脂基体中,当受到外力时玻璃纤维被拔出,可减小作用在试样的外力,从而起到增强作用。材料是3D打印技术的物质基础。针对SLS工艺而言,可对现有的聚合物材料为基础进行改性研究,开发出高性能低成本的成型材料,不断拓宽适用于SLS工艺的高分子材料的种类和应用范围。
【作者单位】:西安科技大学机械工程学院 武汉征原电气有限公司
【基金】:国家863计划项目(2015AA042503)
【分类号】:TN249;TQ327.1

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