粉末材料選擇性激光快速成形技術(shù)及應(yīng)用

內(nèi)容概要

《粉末材料選擇性激光快速成形技術(shù)及應(yīng)用》全面系統(tǒng)地闡述了高分子、陶瓷、覆膜砂、金屬及其復(fù)合粉末材料的選擇性激光成形方法、機(jī)理與工藝。主要內(nèi)容包括：選擇性激光快速成形技術(shù)概述、高分子材料選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù)、陶瓷材料選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù)、覆膜砂材料選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)間接快速成形金屬零部件技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)與等靜壓復(fù)合快速成形技術(shù)、選擇性激光熔化快速成形金屬零部件技術(shù)、選擇性激光熔化與熱等靜壓復(fù)合快速成形技術(shù)。 
《粉末材料選擇性激光快速成形技術(shù)及應(yīng)用》圖文并茂，理論和實(shí)踐相結(jié)合，既可供從事材料成形相關(guān)工作的工程技術(shù)人員閱讀，也可作為材料科學(xué)與工程專業(yè)在校師生的參考書。

書籍目錄

前言 第1章選擇性激光快速成形技術(shù)概述 1.1選擇性激光燒結(jié)技術(shù) 1.2選擇性激光熔化技術(shù) 參考文獻(xiàn) 第2章高分子粉末材料的選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù) 2.1高分子粉末材料的選擇性激光燒結(jié)成形機(jī)理 2.1.1激光的能量輸入特性 2.1.2高分子粉末材料的激光燒結(jié)成形機(jī)理 2.2高分子粉末材料特性對(duì)選擇性激光燒結(jié)成形過程的影響 2.2.1表面張力對(duì)SLS成形過程的影響 2.2.2粒徑對(duì)SLS成形過程的影響 2.2.3粒徑分布對(duì)SLS成形過程的影響 2.2.4粉末顆粒形狀對(duì)SLS成形過程的影響 2.2.5黏度對(duì)SLS成形過程的影響 2.2.6高分子材料本體的力學(xué)性能對(duì)SLS成形件性能的影響 2.2.7聚集態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)SLS成形過程的影響 2.3選擇性激光燒結(jié)高分子粉末材料的制備及組成 2.3.1高分子粉末材料的制備 2.3.2SLS高分子材料的組成 2.3.3SLS高分子材料制備工藝 2.4非晶態(tài)高分子粉末材料的選擇性激光燒結(jié)成形與后處理工藝 2.4.1PS粉末材料的SLS成形與后處理工藝 2.4.2PC粉末材料的SLS成形與浸滲樹脂后處理工藝 2.5晶態(tài)高分子粉末材料的選擇性激光燒結(jié)成形工藝 2.5.1尼龍12粉末材料的制備 2.5.2尼龍12粉末材料的SLS成形工藝 2.5.3尼龍12粉末材料SLS成形件的性能 2.6機(jī)械混合尼龍12／無機(jī)填料復(fù)合粉末材料的選擇性激光燒結(jié)成形工藝 2.6.1尼龍12／微米級(jí)填料復(fù)合粉末材料 2.6.2尼龍／累托石復(fù)合粉末材料 2.7溶劑沉淀尼龍12／無機(jī)填料復(fù)合粉末材料的選擇性激光燒結(jié)成形工藝 2.7.1尼龍12／鈦酸鉀晶須復(fù)合粉末材料 2.7.2尼龍12／鋁復(fù)合粉末材料 2.7.3尼龍12／納米二氧化硅復(fù)合粉末材料 2.8尼龍／聚苯乙烯合金粉末材料的制備及選擇性激光燒結(jié)成形工藝 2.8.1物理混合PS和PA粉末材料的SLS成形試驗(yàn) 2.8.2PS／PA高分子合金增容劑的制備 2.8.3PS／PA高分子合金的制備及其配方試驗(yàn)研究 2.9高性能高分子／金屬復(fù)合零部件的選擇性激光燒結(jié)間接成形 2.9.1尼龍12覆膜金屬粉末的制備與表征 2.9.2聚合物／金屬復(fù)合粉末的激光燒結(jié)過程分析 2.9.3選擇性激光燒結(jié)成形 2.9.4初始形坯的后處理 參考文獻(xiàn) 第3章陶瓷粉末材料的選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù) 3.1選擇性激光成形陶瓷零部件的意義 3.2選擇性激光燒結(jié)成形陶瓷零部件的研究現(xiàn)狀 3.2.1陶瓷粉末所用的黏結(jié)劑 3.2.2陶瓷粉末的SLS成形與后處理工藝 3.3Al2O3陶瓷制件的選擇性激光燒結(jié)間接成形工藝 3.3.1Al2O3粉末的確定 3.3.2Al2O3粉末所用黏結(jié)劑種類的確定 3.3.3環(huán)氧樹脂的特性分析 3.3.4Al2O3粉末中環(huán)氧樹脂含量的確定 3.3.5間接SLS成形用Al2O3粉末的制備 3.3.6Al2O3粉末的SLS成形工藝 3.3.7Al2O3陶瓷SLS制件的后處理 3.3.8Al2O3陶瓷制件的性能 3.4SiC陶瓷零部件的選擇性激光燒結(jié)間接成形工藝 3.4.1成形材料 3.4.2成形工藝 3.4.3后處理 參考文獻(xiàn) 第4章覆膜砂選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù)及應(yīng)用 4.1覆膜砂的選擇性激光燒結(jié)成形機(jī)理與特征研究 4.1.1覆膜砂的選擇性激光燒結(jié)成形概述 4.1.2實(shí)驗(yàn) 4.1.3覆膜砂的固化機(jī)理 4.1.4覆膜砂的固化動(dòng)力學(xué) 4.1.5覆膜砂的激光燒結(jié)固化特性分析 4.1.6覆膜砂的激光燒結(jié)特征 4.2覆膜砂的選擇性激光燒結(jié)快速成形工藝與性能研究 4.2.1覆膜砂SLS成形失敗的原因分析 4.2.2覆膜砂性能對(duì)SLS成形過程的影響 4.2.3覆膜砂的SLS成形工藝 4.2.4SLS覆膜砂型（芯）的后固化 4.2.5發(fā)氣量與透氣率 4.2.6SLS覆膜砂型（芯）的尺寸精度 4.3應(yīng)用實(shí)例 4.3.1復(fù)雜液壓閥體的制造 4.3.2氣缸蓋的制造 4.3.3其他砂型（芯）的SLS成形 參考文獻(xiàn) 第5章選擇性激光燒結(jié)間接快速成形金屬零部件及應(yīng)用 5.1金屬粉末激光燒結(jié)成形原理 5.1.1粉末黏結(jié)成形的熱力學(xué)原理 5.1.2激光種類與成形機(jī)理 5.2選擇性激光燒結(jié)用金屬粉末 5.2.1高分子黏結(jié)劑系統(tǒng) 5.2.2黏結(jié)劑添加方式與黏結(jié)原理 5.2.3典型黏結(jié)劑分析 5.2.4金屬粉末材料 5.2.5SLS間接成形金屬粉末的制備方法 5.3選擇性激光燒結(jié)成形工藝 5.3.1SLS成形工藝參數(shù)及粉末性能對(duì)其制件質(zhì)量的影響 5.3.2SLS成形工藝優(yōu)化 5.3.3制件的脫脂機(jī)理與工藝 5.3.4制件的二次燒結(jié)機(jī)理與工藝 5.3.5制件的組織與性能 5.4選擇性激光燒結(jié)制件的熔（浸）滲機(jī)理與工藝 5.4.1熔（浸）滲模型建立 5.4.2熔滲金屬制件及其組織性能 5.4.3熔滲合金制件的熱處理及其組織性能 5.4.4制件的高分子浸滲劑及浸滲工藝 5.4.5制件浸滲高分子后的組織性能 5.5應(yīng)用實(shí)例：隨形冷卻流道注塑模具的選擇性激光燒結(jié)快速成形制造 5.5.1隨形冷卻技術(shù)的必要性 5.5.2隨形冷卻流道的實(shí)現(xiàn)方法 5.5.3隨形冷卻流道注塑模具鑲塊的SLS成形 5.5.4隨形冷卻流道注塑模具鑲塊制件的后處理 5.5.5隨形冷卻流道注塑模具鑲塊制件的注塑成形 參考文獻(xiàn) 第6章選擇性激光燒結(jié)與等靜壓復(fù)合快速成形技術(shù) 6.1復(fù)合成形技術(shù)原理與研究現(xiàn)狀 6.2SLS/IP復(fù)合技術(shù) 6.2.1SLS/HIP復(fù)合技術(shù) 6.2.2SLS/CIP復(fù)合技術(shù) 6.2.3冷等靜壓致密化機(jī)理 6.2.4冷等靜壓致密化工藝 6.3高溫?zé)Y(jié)與熱等靜壓致密化機(jī)理及工藝 6.3.1高溫?zé)Y(jié)致密化機(jī)理與工藝 6.3.2熱等靜壓致密化機(jī)理與工藝 6.4復(fù)合技術(shù)各階段零件材料的性能 6.4.1CIP壓強(qiáng)對(duì)AISI304SLS/CIP試樣致密度影響 6.4.2CIP壓強(qiáng)對(duì)顯微硬度影響 6.4.3CIP后續(xù)處理對(duì)顯微形貌影響 6.4.4SLS/CIP后續(xù)處理材料致密度變化 6.4.5SLS/IP過程中AISI304試樣性能的變化 參考文獻(xiàn) 第7章選擇性激光熔化快速成形技術(shù)及應(yīng)用 7.1選擇性激光熔化成形原理 7.1.1激光與金屬作用引起的物態(tài)變化 7.1.2激光與金屬作用的能量平衡 7.1.3致密金屬對(duì)激光的吸收 7.1.4金屬粉末對(duì)激光的吸收 7.2選擇性激光熔化成形機(jī)理及其工藝 7.2.1成形機(jī)理 7.2.2實(shí)驗(yàn)條件 7.2.3成形工藝規(guī)劃 7.2.4單道掃描成形 7.2.5單層掃描成形 7.2.6塊體成形 7.3選擇性激光熔化成形材料性能 7.3.1金相顯微分析 7.3.2X射線衍射物相分析 7.3.3掃描電子顯微鏡分析 7.3.4顯微硬度分析 7.3.5尺寸精度分析 7.4選擇性激光熔化成形過程溫度、應(yīng)力及應(yīng)變場 7.4.1溫度場 7.4.2熱應(yīng)力和熱應(yīng)變場 7.5選擇性激光熔化成形孔隙形成規(guī)律 7.5.1試驗(yàn)條件 7.5.2孔隙影響因素 7.5.3孔隙的分類及其形成機(jī)理 7.5.4孔隙控制的應(yīng)用 7.6選擇性激光熔化成形件質(zhì)量的綜合影響因素 7.6.1綜述 7.6.2選擇性激光熔化成形中的球化 7.6.3成形表面與界面 7.6.4成形件組織形成與特點(diǎn) 參考文獻(xiàn) 第8章選擇性激光熔化與熱等靜壓復(fù)合快速成形技術(shù) 8.1復(fù)合成形技術(shù)原理與研究現(xiàn)狀 8.2熱等靜壓致密化機(jī)理 8.3選擇性激光熔化制件的熱等靜壓 8.4選擇性激光熔化包套熱等靜壓 8.4.1工藝規(guī)劃 8.4.2結(jié)果與討論 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   首先將零件三維實(shí)體模型文件沿Z向分層切片，并將零件實(shí)體的截面信息儲(chǔ)存于STL文件中；然后在工作臺(tái)上用鋪粉輥鋪一層粉末材料，由CO2激光器發(fā)出的激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)各層截面的CAD數(shù)據(jù)，有選擇地對(duì)粉末層進(jìn)行掃描，在被激光掃描的區(qū)域，粉末材料被燒結(jié)在一起，未被激光照射的粉末仍呈松散狀，作為成形件和下一粉末層的支撐；一層燒結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一個(gè)截面層（設(shè)定的切片厚度）的高度，再進(jìn)行下一層鋪粉、燒結(jié)，新的一層和前一層燒結(jié)在一起；這樣，當(dāng)全部截面燒結(jié)完成后除去未被燒結(jié)的多余粉末，便得到所設(shè)計(jì)的三維實(shí)體零件。由圖1.1所示，激光掃描過程、激光開關(guān)與功率控制、預(yù)熱溫度以及鋪粉輥、粉缸移動(dòng)等都是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的精確控制下完成的。 相對(duì)于其他快速成形技術(shù)，SLS技術(shù)的特點(diǎn)如下： （1）成形材料非常廣泛。理論上，任何能夠吸收激光能量而黏度降低的粉末材料都可以用于SLS，這些材料可以是聚合物、金屬、陶瓷粉末材料。 （2）應(yīng)用范圍廣。由于成形材料的多樣性，決定了SLS技術(shù)可以使用各種不同性質(zhì)的粉末材料來成形滿足不同用途的復(fù)雜零件。SLS可以成形用于結(jié)構(gòu)驗(yàn)證和功能測試的塑料原型件及功能件，可以通過間接法來成形金屬或陶瓷功能零件。目前，SLS成形件已被廣泛用于汽車、航空航天、醫(yī)學(xué)生物等領(lǐng)域。 （3）材料利用率高。在SLS過程中，未被激光掃描到的粉末材料還處于松散狀態(tài)，可以被重復(fù)使用。因而，SLS技術(shù)具有較高的材料利用率。 （4）無需支撐。未燒結(jié)的粉末可以對(duì)成形件的空腔和懸臂部分起支撐作用，不必像光固化成形和熔融沉積成形（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）那樣需要另外設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)。 1.2選擇性激光熔化技術(shù) SLM技術(shù)的基本原理與SLS技術(shù)類似，是SLS技術(shù)的延伸。德國Fraunhofer激光器研究所（Fraunhofer Institute for Laser Technology，F(xiàn)ILT）最早提出采用SLM技術(shù)直接制造金屬零件。目前，采用SLS技術(shù)制造金屬零件的方法主要有： （1）熔模鑄造法。首先采用SLS技術(shù)成形高聚物［聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）等］原型零件，然后利用高聚物的熱降解性，采用鑄造技術(shù)成形金屬零件。 （2）砂型鑄造法。首先利用覆膜砂成形零件型腔和砂芯（直接制造砂型），然后澆鑄出金屬零件。 （3）選擇性激光間接燒結(jié)原型件法。高分子與金屬的混合粉末或高分子包覆金屬粉末經(jīng)SLS成形，經(jīng)脫脂、高溫?zé)Y(jié)、浸漬等工藝成形金屬零件。 （4）選擇性激光直接燒結(jié)金屬原型件法。首先將低熔點(diǎn)金屬與高熔點(diǎn)金屬粉末混合，其中低熔點(diǎn)金屬粉末在成形過程中主要起黏結(jié)劑作用，然后利用SLS技術(shù)成形金屬零件，最后對(duì)零件后處理，包括浸漬低熔點(diǎn)金屬、高溫?zé)Y(jié)、熱等靜壓（hotisostatic pressing，HIP）。 SLM技術(shù)能直接成形出接近全致密度的金屬零件［1］克服了SLS技術(shù)制造金屬零件的復(fù)雜工藝過程，而且所制造的金屬零件力學(xué)性能不，再像SLS技術(shù)一樣受低熔點(diǎn)金屬的影響，零件精度也有所提高。

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