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尼龙/Cu复合粉末激光烧结快速成形注塑模具的研究

作　者: 郭婷
导　师: 史玉升
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 选择性激光烧结快速制模机械混合覆膜环氧树脂浸渍增强
分类号: TF124.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

选择性激光烧结是一种比较成熟的快速成形技术,利用激光烧结直接快速制造注塑模具,具有广阔的应用前景,也是目前研究的热点和难点。在国外,激光烧结覆膜金属粉末可以直接成形用于通用塑料的小批量生产用注塑模具,但由于技术垄断和对材料及工艺都保密,我国难以掌握和应用。为了填补国内在直接快速制模方向材料和技术两方面的空白,本文研究了选择性激光烧结尼龙12/铜复合粉末材料直接成形注塑模具及其相应后处理工艺。主要研究内容和结果如下:研究了尼龙与铜粉机械混合复合粉末和覆膜复合粉末SLS法成形,根据注塑模具对材料的性能要求,确定了尼龙基体与铜的质量比,并根据尼龙与金属铜的界面结合分析了尼龙12/Cu复合材料的烧结成形机理。通过尼龙12/Cu机械混合粉末的烧结件的性能测试和微结构分析,总结出预热温度、激光功率、扫描速度、单层厚度四个激光烧结工艺参数对形坯强度和精度的影响,并优化了成形工艺,实验结果显示:预热温度为165℃,激光功率15W,扫描速度2000mm/s,单层厚度0.15mm时制件的成形性能比较理想,且经浸渍处理后的制件拉伸强度和抗弯强度分别可达34.76MPa和51.75MPa,可实现PE、PS、ABS等通用塑料的注塑试制及小批量生产(100～400件)。尼龙12/Cu覆膜复合粉末具有成形性能好、成形精度高的特点,采用正交实验设计研究了烧结工艺参数包括激光功率、扫描速度、单层厚度对烧结件的影响,并考察各参数交互作用,每个参数选择三个水平,以制件的抗弯强度作为衡量标准,得到最佳工艺条件:扫描速度1500mm/s,扫描功率:20W,单层厚度:0.08mm。经浸渍后处理的制件抗弯强度可以达到97MPa,硬度可达77(HRM),机械性能远远优于DTM公司制件性能(Flexural Strength 58.3MPa,75/Shore-D)。对形坯的清粉处理进行了研究,总结出一系列对不规则零件的清粉处理方法。将烧结后的毛坯采用环氧树脂固化体系进行表面及内部孔隙密封,并显著改善了零件的机械性能。分别考察了不同浸渍剂对试样抗弯强度的改善作用,同时采用DSC、TGA分析方法研究了浸渍温度、固化温度、固化时间以及树脂浸渗后毛坯的耐热温度,结果表明,经CYD-128/MNA/DMP-30固化体系浸渍使试样的抗弯强度提高近3倍,而且毛坯的表面光洁度及硬度也大大改善,同时毛坯耐热温度可以达到250℃,满足注塑模具对材料的要求。通过本文的研究,可以得出解论,采用上述材料及方法可直接快速制造注塑模具,而且具有成本低、可快速制造具有随形冷却水道的注塑模具,提高了注塑效率,能够满足通用塑料的试制及小批量生产要求。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-27
  1.1 选择性激光烧结技术  10-12
  1.2 基于快速成形的快速模具制造技术  12-22
  1.3 尼龙/Cu 复合材料激光烧结成形研究现状  22-25
  1.4 课题来源、研究意义及主要研究内容  25-27
2 尼龙/铜复合粉末材料的制备与表征  27-34
  2.1 尼龙基质的确定  27-28
  2.2 尼龙/Cu 复合粉末材料的制备  28-30
  2.3 尼龙/Cu 复合材料的表征  30-32
  2.4 本章小结  32-34
3 尼龙/Cu 复合粉末的选择性激光烧结机理  34-45
  3.1 激光对高分子材料的加热过程  34-38
  3.2 高分子材料的选择性激光烧结机理  38-41
  3.3 尼龙/Cu 复合粉末材料激光烧结机理  41-44
  3.4 本章小结  44-45
4 尼龙/铜机械复合粉末激光烧结成形工艺及其制件性能  45-55
  4.1 尼龙/铜机械复合粉末材料的激光烧结特性  45-49
  4.2 尼龙/铜机械复合粉末激光烧结成形工艺  49-51
  4.3 尼龙/Cu 机械混合复合粉末烧结件的微观结构分析  51-53
  4.4 尼龙/铜机械复合粉末烧结件的精度  53-54
  4.5 本章小结  54-55
5 尼龙12/铜覆膜复合粉末激光烧结工艺及其制件性能  55-60
  5.1 尼龙 12/Cu 覆膜复合粉末的激光烧结特性  55-56
  5.2 尼龙/铜覆膜复合粉末材料激光烧结成形工艺  56-58
  5.3 尼龙12/铜覆膜复合粉末烧结件的精度  58-59
  5.4 本章小结  59-60
6 尼龙/铜复合粉末成形注塑模具型坯的后处理  60-73
  6.1 形坯清粉方法  60
  6.2 形坯的表面处理  60-66
  6.3 浸渍工艺  66-68
  6.4 尼龙/Cu 烧结件浸渍后的精度及力学性能  68-71
  6.5 烧结件实例  71-72
  6.6 本章小结  72-73
7 结论与展望  73-76
  7.1 全文总结  73-74
  7.2 未来展望  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-82
附录1 攻读学位期间发表论文目录  82-83
附录2 攻读硕士学位期间的撰写专利的目录  83

尼龙/Cu复合粉末激光烧结快速成形注塑模具的研究

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