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选择性激光烧结预热温度控制和工艺参数优化研究

1.引言

1.1选择性激光烧结技术背景及发展现状

选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering，简称SLS）技术，自20世纪80年代中期被提出以来，得到了快速的发展。该技术属于快速成型（RapidPrototyping，RP）的一种，其基本原理是利用激光束对粉末材料进行选择性烧结，层层堆积，最终形成三维实体。

近年来，随着航空航天、汽车制造、生物医学等领域的需求不断增长，选择性激光烧结技术在制造工艺、材料性能、设备精度等方面均取得了显著进展。然而，由于烧结过程中存在诸多不确定因素，如何优化预热温度和工艺参数，提高烧结质量，成为当前研究的热点问题。

1.2预热温度对选择性激光烧结的影响

预热温度是影响选择性激光烧结过程的关键因素之一。预热可以降低粉末材料的熔点，减小烧结过程中产生的热应力，提高烧结件的尺寸精度和机械性能。然而，过高的预热温度会导致粉末材料提前熔化，影响烧结件的表面质量；而过低的预热温度则会使粉末颗粒之间的结合力不足，降低烧结件的强度。

1.3研究目的和意义

本研究旨在探讨选择性激光烧结预热温度控制及其工艺参数优化方法，以解决现有烧结过程中存在的问题，提高烧结质量。研究成果将为选择性激光烧结技术在各领域的应用提供理论依据和技术支持，具有重要的理论意义和实际价值。

2选择性激光烧结原理及预热温度控制

2.1选择性激光烧结原理概述

选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering，简称SLS）技术是快速原型制造技术的一种，其基本原理是利用激光束对粉末材料进行选择性烧结，通过逐层烧结的方式构建三维实体模型。在SLS过程中，激光束根据三维CAD模型的数据，在粉末床上扫描并烧结粉末，未烧结的粉末则作为支撑结构，以保持模型的稳定性。

SLS技术可使用的粉末材料主要有金属粉末、塑料粉末以及陶瓷粉末等。当激光束扫描粉末层时，粉末材料在激光束的高温作用下迅速熔化并凝固，与下层已烧结的材料粘结，逐渐形成三维实体。

2.2预热温度控制方法及原理

预热温度控制是选择性激光烧结过程中的关键环节，其目的是为了降低粉末材料的温度梯度，提高烧结质量。预热温度控制主要有以下几种方法：

热风预热：通过热风对整个粉末床进行均匀加热，使粉末材料达到一定的预热温度。

红外预热：利用红外线对粉末床进行预热，具有加热速度快、温度均匀等优点。

恒温板预热：在粉末床底部设置恒温板，通过对恒温板加热，使粉末床温度均匀上升。

预热温度控制的原理是利用外加热源使粉末材料在烧结前达到一定温度，降低激光烧结时的温度梯度，减少热应力，从而提高烧结件的精度和强度。

2.3预热温度对烧结质量的影响

预热温度对选择性激光烧结质量的影响主要体现在以下几个方面：

提高烧结速度：预热温度的升高，使粉末材料在激光束扫描时的熔化速度加快，从而提高烧结速度。

改善烧结质量：预热温度的升高，有利于粉末材料在激光束作用下的熔化与粘结，减少烧结缺陷，提高烧结质量。

减少热应力：预热温度的均匀性对烧结过程中的热应力具有重要影响。预热温度均匀，有助于减小热应力，降低烧结件的翘曲变形。

提高烧结件强度：预热温度的提高，有利于粉末材料在烧结过程中的粘结，从而提高烧结件的力学性能。

综上所述，预热温度对选择性激光烧结过程具有显著影响。合理控制预热温度，有利于提高烧结质量，优化烧结工艺参数。

3.工艺参数对选择性激光烧结的影响

3.1工艺参数概述

选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering,SLS）是一种基于粉末床的增材制造技术，其工艺参数对烧结件的精度、强度和表面质量等性能有着直接影响。主要的工艺参数包括激光功率、扫描速度、层厚、粉末粒径和预热温度等。这些参数相互依赖，共同决定了烧结过程的质量和效率。

3.2激光功率对烧结质量的影响

激光功率是影响烧结过程的关键因素之一。激光功率的增加会提高粉末材料的熔化速度和熔化量，从而影响烧结件的密度、尺寸精度和力学性能。适当的激光功率可以促进粉末颗粒之间的有效结合，提高烧结件的强度；然而，过高的激光功率可能导致材料过度熔化，引起翘曲和收缩不均，影响烧结件的精度和表面质量。

3.3扫描速度对烧结质量的影响

扫描速度是决定烧结效率的重要参数，它与激光功率共同影响着烧结过程中的热输入。扫描速度的提高可以缩短单层烧结时间，提高生产效率，但同时也会减少粉末的熔化时间，影响烧结密度和强度。低速扫描有利于粉末颗粒的充分熔化和颗粒间的结合，但可能增加烧结时间并提高成本；高速扫描虽能提高效率，却可能导致烧结件出现裂纹和分层等缺陷。因此，合理选择扫描速度对于平衡烧结质量和效率至关重要。

4.选择性激光烧结预热温度控制与工艺参数优化方法

4.1基于模糊