CN109855549A - 一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，具体步骤包括粉末和荧光剂的搅拌混合、试件的激光烧结、试件剖切及清洗、烧结层厚度测量、烧结层厚度计算及铺粉均匀性评价等；首先把未混合粉末和加入荧光剂搅拌混合的粉末分别装在左右不同的送粉缸，再交叠进行激光烧结不同方位的多个试件，然后把清洗干净的试件放到黑暗条件下，用紫光灯照射显示荧光，进行烧结厚度的测量，通过烧结厚度及烧结次数计算铺粉层厚，再根据不同方位的铺粉层厚，采用标准偏差表征铺粉均匀性。本发明方法简单实用，可以解决实验现场无法计算和测量铺粉层厚及其均匀性的问题，有利于进一步研究粉层厚度对铺粉质量的影响。

Description

一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法

技术领域

本发明涉及选择性激光烧结领域，是一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法。

背景技术

选择性激光烧结是增材制造技术的一种，其工作原理为：首先在成型缸上铺上一层粉末材料，用计算机控制激光，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该类成型方法制造工艺简单，灵活性高，材料选择范围广，材料价格低，利用率高，成型速度快，从而应用比较广泛。

但在烧结成形过程中，由于粉末的流动性差、或铺粉工艺参数与成形工艺参数的匹配不合理，会导致产生粉体铺展性能差、烧结时产生翘曲及孔洞、烧结后零件无法满足尺寸精度和力学性能要求的问题。因此，合理匹配铺粉和成形工艺参数，是实现铺粉质量可控且提高烧结件致密度和力学性能的有效途径。由于工作环境的复杂性和不易操作性，现有技术和方法尚不能很好地测量铺粉厚度，因此怎么样快速简便的测出铺粉厚度是个需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，是一种简单实用，方便测量铺粉厚度的测量方法，为选择性激光烧结铺粉质量的研究提供技术支持。

本发明是通过如下技术方案予以实现的。

一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，具体步骤如下：

(1)粉末和荧光剂的搅拌混合：将激光烧结所用粉末与荧光剂进行搅拌混合，使荧光剂与粉末均匀混合；

(2)试件的激光烧结：

(a)不含荧光剂的试件层烧结：先从送粉缸Ⅰ用铺粉辊筒I把未混合的粉末铺设到成型缸，连续进行铺粉和烧结T次，且同时烧结M个试件；

(b)含荧光剂的试件层烧结：从送粉缸II用铺粉辊筒II把已混合均匀的粉末铺设到成型缸，在已烧结的M个试件上再次连续进行铺粉和烧结T次；

(c)如此反复交叠进行步骤(a)(b)，重复N次；

(3)试件剖切及清洗：待烧结完成以后，取出试件，将试件沿长度方向剖切后把试件放在含荧光消除剂的溶液里，加温至50～70℃，浸泡30～60分钟，把表面荧光剂清洗干净；

(4)测量烧结层厚度及计算单个试件的平均烧结层厚度：把清洗好的试件放到黑暗的环境，用紫光灯照射，在显微放大镜上观测剖切面的形貌并进行显微拍照，采用电子标尺测量出单个试件的单层含荧光剂粉末烧结层的W个不同位置的厚度，如第i层第j个位置的厚度，记为L_ij(i＝1，2，3…N；j＝1，2，3…W)，计算出单个试件含荧光剂粉末的单层烧结层平均厚度，如第k个试件第i层的平均厚度，记为Q_ki(k＝1，2，3…M；i＝1，2，3…N)及单个试件含荧光剂粉末烧结层的平均厚度，如第k个试件的平均烧结厚度，记为R_k，其中：

单个试件含荧光剂粉末的单层烧结层平均厚度为(以第i层为例)：

单个试件含荧光剂粉末烧结层的平均厚度为(以第k个试件为例)：

(5)计算平均烧结层厚度：根据以上测量得到各单个试件的数据，把所有烧结的M个试件的烧结层平均厚度进行累加求和，计算得到相同烧结工艺参数条件下一次铺粉时烧结层的平均厚度，并采用该数值表征铺粉厚度，记为V，其中：

(6)分析铺粉的均匀性：对所有试件测量得到的平均烧结层厚度进行数学偏差分析，得到试件铺粉的均匀性，采用标准差S表征：

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(1)中的荧光剂混合的体积分数比例为粉末：荧光剂＝20：1。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(2)中，T为连续进行铺粉和烧结的次数，T≥10；M为同时烧结的试件，M≥9；N为反复交叠烧结次数，N≥3；激光烧结过程中烧结工艺参数保持不变。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(2)中M个试件按均匀分布的规则排布在烧结区。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(4)中，W为每层含荧光剂粉末烧结层的不同位置个数，W≥5；L_ij为每层含荧光剂粉末烧结层的W个不同位置的厚度；Q_ki为单个试件含荧光剂粉末的单层烧结层平均厚度；R_k为单个试件含荧光剂粉末烧结层平均厚度。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(5)，假定V为激光烧结一层的平均厚度并用来表征铺粉厚度。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(6)，用标准差S表征铺粉的均匀性，S的值越大表示铺粉均匀性差异较大，S>0。

本发明有益效果是：本发明提供了简单实用，方便测量厚度的测量方法，为选择性激光烧结铺粉质量的研究提供技术支持。

附图说明

图1为烧结示意图。

图2为烧结工作区俯视图。

图3为单个试件测量示意图。

图4为图3中的局部放大图。

图中：1-铺粉辊筒I，2-送粉缸I，3-成型缸，4-送粉缸II，5-铺粉辊筒Ⅱ。

具体实施方法

一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，具体步骤如下：

(1)粉末和荧光剂的搅拌混合：将激光烧结所用粉末与荧光剂进行搅拌混合，使荧光剂与粉末均匀混合；

(2)试件的激光烧结：

(a)不含荧光剂的试件层烧结：先从送粉缸Ⅰ用铺粉辊筒I把未混合的粉末铺设到成型缸，连续进行铺粉和烧结T次，且同时烧结M个试件；

(b)含荧光剂的试件层烧结：从送粉缸II用铺粉辊筒II把已混合均匀的粉末铺设到成型缸，在已烧结的M个试件上再次连续进行铺粉和烧结T次；

(c)如此反复交叠进行步骤(a)(b)，重复N次；

(3)试件剖切及清洗：待烧结完成以后，取出试件，将试件沿长度方向剖切后把试件放在含荧光消除剂的溶液里，加温至50～70℃，浸泡30～60分钟，把表面荧光剂清洗干净；

(4)测量烧结层厚度及计算单个试件的平均烧结层厚度：把清洗好的试件放到黑暗的环境，用紫光灯照射，在显微放大镜上观测剖切面的形貌并进行显微拍照，采用电子标尺测量出单个试件的单层含荧光剂粉末烧结层的W个不同位置的厚度，如第i层第j个位置的厚度，记为L_ij(i＝1，2，3…N；j＝1，2，3…W)，计算出单个试件含荧光剂粉末的单层烧结层平均厚度，如第k个试件第i层的平均厚度，记为Q_ki(k＝1，2，3…M；i＝1，2，3…N)及单个试件含荧光剂粉末烧结层的平均厚度，如第k个试件的平均烧结厚度，记为R_k，其中：

单个试件含荧光剂粉末的单层烧结层平均厚度为(以第i层为例)：

单个试件含荧光剂粉末烧结层的平均厚度为(以第k个试件为例)：

(5)计算平均烧结层厚度：根据以上测量得到各单个试件的数据，把所有烧结的M个试件的烧结层平均厚度进行累加求和，计算得到相同烧结工艺参数条件下一次铺粉时烧结层的平均厚度，并采用该数值表征铺粉厚度，记为V，其中：

(6)分析铺粉的均匀性：对所有试件测量得到的平均烧结层厚度进行数学偏差分析，得到试件铺粉的均匀性，采用标准差S表征：

实施例：

(1)粉末和荧光剂的搅拌混合：将激光烧结所用粉末与荧光剂进行搅拌混合，使荧光剂与粉末均匀混合；

(2)试件的激光烧结：

(a)不含荧光剂的试件层烧结：先从送粉缸Ⅰ用铺粉辊筒I把未混合的粉末铺设到成型缸，连续进行铺粉和烧结10次，且同时烧结9个试件；

(b)含荧光剂的试件层烧结：从送粉缸II用铺粉辊筒II把已混合均匀的粉末铺设到成型缸，在已烧结的9个试件上再次连续进行铺粉和烧结10次；

(c)如此反复交叠进行(a)(b)，重复3次；

(3)试件剖切及清洗：待烧结完成以后，取出试件，将试件沿长度方向剖切后把试件放在含荧光消除剂的溶液里，加温至50～70℃，浸泡30～60分钟，把表面荧光剂清洗干净；

(4)测量烧结层厚度及计算单个试件的平均烧结层厚度：把清洗好的试件放到黑暗的环境，用紫光灯照射，在显微放大镜上观测剖切面的形貌并进行显微拍照，采用电子标尺测量出单个试件每层含荧光剂粉末烧结层的5个不同位置的厚度，得到：

第一个试件含荧光剂粉末的单层烧结层平均厚度为：

第1层：

第2层：

第10层：

第一个试件含荧光剂粉末烧结层的平均厚度为：

以此类推：

第9个试件含荧光剂粉末的单层烧结层平均厚度为：

第1层：

第2层：

第10层：

第9个试件含荧光剂粉末烧结层的平均厚度为：

(5)计算平均烧结层厚度：根据以上测量得到各单个试件的数据，把所有烧结的9个试件进行累加求和，计算得到相同烧结工艺参数条件下一次铺粉时烧结层的平均厚度，并采用该数值表征烧结一次的铺粉厚度，得到：

(6)分析铺粉的均匀性：对所有试件测量得到的平均烧结层厚度进行数学偏差分析，得到试件铺粉的均匀性，采用标准差S表征：

Claims (7)

1.一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)粉末和荧光剂的搅拌混合：将激光烧结所用粉末与荧光剂进行搅拌混合，使荧光剂与粉末均匀混合；

(2)试件的激光烧结：

(a)不含荧光剂的试件层烧结：先从送粉缸Ⅰ用铺粉辊筒I把未混合的粉末铺设到成型缸，连续进行铺粉和烧结T次，且同时烧结M个试件；

(b)含荧光剂的试件层烧结：从送粉缸II用铺粉辊筒II把已混合均匀的粉末铺设到成型缸，在已烧结的M个试件上再次连续进行铺粉和烧结T次；

(c)如此反复交叠进行步骤(a)(b)，重复N次；

(3)试件剖切及清洗：待烧结完成以后，取出试件，将试件沿长度方向剖切后把试件放在含荧光消除剂的溶液里，加温至50～70℃，浸泡30～60分钟，把表面荧光剂清洗干净；

(4)测量烧结层厚度及计算单个试件的平均烧结层厚度：把清洗好的试件放到黑暗的环境，用紫光灯照射，在显微放大镜上观测剖切面的形貌并进行显微拍照，采用电子标尺测量出单个试件的单层含荧光剂粉末烧结层的W个不同位置的厚度，如第i层第j个位置的厚度，记为L_ij(i＝1，2，3…N；j＝1，2，3…W)，计算出单个试件含荧光剂粉末的单层烧结层平均厚度，如第k个试件第i层的平均厚度，记为Q_ki(k＝1，2，3…M；i＝1，2，3…N)及单个试件含荧光剂粉末烧结层的平均厚度，如第k个试件的平均烧结厚度，记为R_k，其中：

单个试件含荧光剂粉末的单层烧结层平均厚度为(以第i层为例)：

单个试件含荧光剂粉末烧结层的平均厚度为(以第k个试件为例)：

(5)计算平均烧结层厚度：根据以上测量得到各单个试件的数据，把所有烧结的M个试件的烧结层平均厚度进行累加求和，计算得到相同烧结工艺参数条件下一次铺粉时烧结层的平均厚度，并采用该数值表征铺粉厚度，记为V，其中：

(6)分析铺粉的均匀性：对所有试件测量得到的平均烧结层厚度进行数学偏差分析，得到试件铺粉的均匀性，采用标准差S表征：

。

2.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(1)中的荧光剂混合的体积分数比例为粉末：荧光剂＝20：1。

3.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(2)中，T为连续进行铺粉和烧结的次数，T≥10；M为同时烧结的试件，M≥9；N为反复交叠烧结次数，N≥3；激光烧结过程中烧结工艺参数保持不变。

4.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(2)中M个试件按均匀分布的规则排布在烧结区。

5.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(4)中，W为每层含荧光剂粉末烧结层的不同位置个数，W≥5；L_ij为每层含荧光剂粉末烧结层的W个不同位置的厚度；Q_ki为单个试件含荧光剂粉末的单层烧结层平均厚度；R_k为单个试件含荧光剂粉末烧结层平均厚度。

6.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(5)，假定V为激光烧结一层的平均厚度并用来表征铺粉厚度。

7.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(6)，用标准差S表征铺粉的均匀性，S的值越大表示铺粉均匀性差异较大，S>0。