一種基于ＳＬＳ成型的激光能量可控非勻質(zhì)材料零件制備方法，包括以下步驟：１）對待加工的非勻質(zhì)材料零件構(gòu)造三維模型；２）根據(jù)待加工的非勻質(zhì)材料零件的沿著高度方向的燒結(jié)密度分布情況，以及根據(jù)ＳＬＳ成型機中在設定預熱溫度條件下激光能量與燒結(jié)密度的對應曲線，確定待加工的非勻質(zhì)材料零件的加工高度方向與激光能量的變化曲線；３）將所述三維模型輸入ＳＬＳ成型機中，根據(jù)加工高度方向與激光能量的變化曲線進行加工控制，依照加工高度依次分層加工得到非勻質(zhì)材料零件。本發(fā)明專利技術(shù)能夠加工非勻質(zhì)變密度材料零件、實用性良好。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及零件制造技術(shù)，尤其是一種非勻質(zhì)材料零件制備方法。
技術(shù)介紹
快速原型(Rapid Prototyping，簡稱RP)技術(shù)20世紀80年代后期起源于美國，很 快發(fā)展到西歐和日本，是20多年來制造
的一次重大突破。快速原型技術(shù)是CAD、數(shù) 控技術(shù)、激光技術(shù)以及材料科學與工程的技術(shù)集成，它可以自動、快速地將設計思想物化為 具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型或直接制造零部件，從而可以對產(chǎn)品設計進行快速評價、修改， 以響應市場需求、提高企業(yè)的競爭能力；快速原型技術(shù)的出現(xiàn)，反映了現(xiàn)代制造技術(shù)本身的 發(fā)展趨勢以及激烈的市場競爭對制造技術(shù)發(fā)展的重大影響。快速原型技術(shù)自誕生以來，已發(fā)展了多種技術(shù)，目前比較成熟的快速原型技術(shù)有 以下幾種立體印刷成型、層合實體制造、熔融沉積造型、選區(qū)激光燒結(jié)。想材料零件(IdealFunctional Material Components，簡稱 IFMC)概念的產(chǎn)生 是仿生學的又一成果。自然界中的眾多生物體結(jié)構(gòu)經(jīng)過長期的優(yōu)勝劣汰，其功能和結(jié)構(gòu)達 到了幾乎完美的程度。例如竹子等植物體以非均質(zhì)的形式實現(xiàn)了高強度、低重量的生存要 求；而介觀細結(jié)構(gòu)的存在使某些動物體的骨骼具有負的泊松比，保證了骨骼的柔韌性要求。 類似這樣，按照零件的最佳使用功能要求來設計制造的，由均質(zhì)材料、呈梯度變化的組織成 分、按一定規(guī)律分布的細結(jié)構(gòu)材料以及嵌入器件構(gòu)成，實現(xiàn)材料組織結(jié)構(gòu)和零件性能最佳 組合的零件，就是理想材料零件。它面向具體的力學、熱學、電磁學等多方面的梯度功能和 智能等性能使用要求，在不同的區(qū)域，結(jié)合預設的幾何特征、工藝特性及臨近區(qū)域的材料特 性，從均質(zhì)材料和非均質(zhì)材料中選擇最適合的構(gòu)材。其實在自然界中，高精度和自組裝的非勻質(zhì)材料非常普遍，梯度結(jié)構(gòu)廣泛的存在 于各種生物和動物中。動物的骨骼和牙齒是完美的天然非勻質(zhì)材料，骨骼中骨細胞密度由 內(nèi)向外市逐步增加的，這種海綿質(zhì)向致密質(zhì)逐步變化的梯度結(jié)構(gòu)式骨骼具有堅硬結(jié)實而不 是柔性，具有很好的力學性能和支撐作用。現(xiàn)在使用傳統(tǒng)的加工方法是無法加工出這種非 勻質(zhì)變密度的材料的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服已有的零件加工技術(shù)無法加工非勻質(zhì)變密度材料零件的不足，本專利技術(shù)提 供一種能夠加工非勻質(zhì)變密度材料零件、實用性良好的基于SLS成型的激光能量可控非勻 質(zhì)材料零件制備方法。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于SLS成型的激光能量可控非勻質(zhì)材料零件制備方法，所述非勻質(zhì)材料零件制 備方法包括以下步驟1)對待加工的非勻質(zhì)材料零件構(gòu)造三維模型；2)根據(jù)待加工的非勻質(zhì)材料零件的沿著高度方向的燒結(jié)密度分布情況，以及根據(jù)SLS成型機中在設定預熱溫度條件下激光能量與燒結(jié)密度的對應曲線，確定待加工的非勻質(zhì)材料零件的加工高度方向與激光能量的變化曲線；3)將所述三維模型輸入SLS成型機中，根據(jù)加工高度方向與激光能量的變化曲線進行 加工控制，依照加工高度依次分層加工得到非勻質(zhì)材料零件。作為優(yōu)選的一種方案所述步驟2)中，所述燒結(jié)密度分布情況呈梯度變化，所述 變化曲線呈梯度變化。本專利技術(shù)的技術(shù)構(gòu)思為選區(qū)激光燒結(jié)(Selected Laser Sintering，SLS)是借助 精確引導的激光束使材料粉末燒結(jié)或熔融后凝固形成三維原型或零件。即成型機按照計算 機輸出的原型分層輪廓，采用激光束在指定路徑上有選擇性地掃描并熔融工作臺上很薄且 均勻鋪層的材料粉末。由分層圖形所選擇的掃描區(qū)域內(nèi)的粉末被激光束熔融，連結(jié)在一起， 而未在該區(qū)域內(nèi)的粉末仍然是松散的。當一層掃描完畢，向上(或下)移動工作臺，控制完成 新一層燒結(jié)。全部燒結(jié)后去掉多余的粉末，再進行打磨、烘干等處理便獲得原型或零件。基于SLS成型的非均質(zhì)材料零件設計思想和理想材料零件設計思想相同，即根據(jù) 零件不同的功能要求，將其劃分為有限個區(qū)域，各個區(qū)域中，材料的組分相和體分比都是根 據(jù)需要而連續(xù)變化的；整體上表現(xiàn)出零件材料和功能的非均勻性。由于實驗所使用的SLS 成型機在加工時使用的是單一的尼龍材料，其非均勻性的表現(xiàn)是零件不同部位的密度不 同，所以基于SLS成型的非均質(zhì)材料零件是理想材料零件中的變密度材料零件。在SLS成型工藝中，零件成型強度由燒結(jié)密度來決定，燒結(jié)密度不僅與工藝參數(shù) 有關(guān)，而且與零件擺放位置有關(guān)。已做的SLS成型實驗表明，燒結(jié)密度隨著激光功率的增加 而增加，這就為加工非勻質(zhì)材料零件提供了可能。本專利技術(shù)的有益效果主要表現(xiàn)在能夠加工非勻質(zhì)變密度材料零件、實用性良好。 附圖說明圖1是SLS成型設備的加工示意圖。圖2是激光功率與零件位置的設置示意圖。圖3是燒結(jié)密度隨激光功率變化曲線示意圖，自上而下分別是使用177°、172°、 167°、162° 157°、152°的預熱溫度燒結(jié)時，燒結(jié)密度隨激光功率變化的曲線。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進一步描述。參照圖1 圖3，一種基于SLS成型的激光能量可控非勻質(zhì)材料零件制備方法，所 述非勻質(zhì)材料零件制備方法包括以下步驟1)對待加工的非勻質(zhì)材料零件構(gòu)造三維模型；2)根據(jù)待加工的非勻質(zhì)材料零件的沿著高度方向的燒結(jié)密度分布情況，以及根據(jù)SLS 成型機中在設定預熱溫度條件下激光能量與燒結(jié)密度的對應曲線，確定待加工的非勻質(zhì)材 料零件的加工高度方向與激光能量的變化曲線；3)將所述三維模型輸入SLS成型機中，根據(jù)加工高度方向與激光能量的變化曲線進行 加工控制，依照加工高度依次分層加工得到非勻質(zhì)材料零件。所述步驟2)中，所述燒結(jié)密度分布情況呈梯度變化，所述變化曲線呈梯度變化。本實施例中，加工出來的零件是單一材質(zhì)的，零件上各處性能(主要指拉伸強度) 的不同是由于密度不同，而密度不同則是通過調(diào)節(jié)SLS成型機激光器的功率來控制的。本實施例中，采用的主要的實驗設備——美國3D Systems公司生產(chǎn)的 Sinterstation HiQ+HS型選擇性激光燒結(jié)成型機，參照圖1，1為成型缸，2為供粉缸、3為溢 粉缸、4為待加工的非勻質(zhì)材料零件，5為掃描鏡、6為預熱裝置、7為光學系統(tǒng)，8為CO2激光 器.，9為滾筒。參照圖2，零件擺放在設定不同激光功率粉床的位置，隨著激光功率的遞減，零件 密度自下而上遞減。 參照圖3，燒結(jié)密度隨激光能量變化曲線，從圖3中可以看出在同一預熱溫度下， 零件燒結(jié)密度隨著激光能量的提高按照一定規(guī)律增加，即依照變化曲線進行變化。權(quán)利要求一種基于SLS成型的激光能量可控非勻質(zhì)材料零件制備方法，其特征在于所述非勻質(zhì)材料零件制備方法包括以下步驟1)對待加工的非勻質(zhì)材料零件構(gòu)造三維模型；2)根據(jù)待加工的非勻質(zhì)材料零件的沿著高度方向的燒結(jié)密度分布情況，以及根據(jù)SLS成型機中在設定預熱溫度條件下激光能量與燒結(jié)密度的對應曲線，確定待加工的非勻質(zhì)材料零件的加工高度方向與激光能量的變化曲線；3)將所述三維模型輸入SLS成型機中，根據(jù)加工高度方向與激光能量的變化曲線進行加工控制，依照加工高度依次分層加工得到非勻質(zhì)材料零件。2.如權(quán)利要求1所述的基于SLS成型的預熱溫度可控非勻質(zhì)材料零件制備方法，其特 征在于所述步驟2)中，所述燒結(jié)密度分布情況呈梯度變化，所述變化曲線呈梯度變化。全文摘要一種基于SLS成型的激光能量可控非勻質(zhì)材料零件制備方法，包括以下步驟1)對待加工的非勻質(zhì)材料零件構(gòu)造三維模型；2)根據(jù)待加本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于ＳＬＳ成型的激光能量可控非勻質(zhì)材料零件制備方法，其特征在于：所述非勻質(zhì)材料零件制備方法包括以下步驟：１）對待加工的非勻質(zhì)材料零件構(gòu)造三維模型；２）根據(jù)待加工的非勻質(zhì)材料零件的沿著高度方向的燒結(jié)密度分布情況，以及根據(jù)ＳＬＳ成型機中在設定預熱溫度條件下激光能量與燒結(jié)密度的對應曲線，確定待加工的非勻質(zhì)材料零件的加工高度方向與激光能量的變化曲線；３）將所述三維模型輸入ＳＬＳ成型機中，根據(jù)加工高度方向與激光能量的變化曲線進行加工控制，依照加工高度依次分層加工得到非勻質(zhì)材料零件。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董星濤，王春博，李文俊，孫磊，
申請(專利權(quán))人：浙江工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：86[中國|杭州]
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