【摘 要】
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激光选区烧结(Selective Laser Sintering,SLS)是增材制造(Additive Manufacturing,AM)中最主要且应用非常广泛的技术之一。SLS通过高能量的激光束烧结粉末材料逐层叠加,可直接成形塑料功能件或与铸造相结合制造结构复杂的零件。用于SLS的材料种类非常多,其中高分子材料里的尼龙12(Polyamide-12,PA12)凭借其优异的性能及粉末特征成为了最广
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激光选区烧结(Selective Laser Sintering,SLS)是增材制造(Additive Manufacturing,AM)中最主要且应用非常广泛的技术之一。SLS通过高能量的激光束烧结粉末材料逐层叠加,可直接成形塑料功能件或与铸造相结合制造结构复杂的零件。用于SLS的材料种类非常多,其中高分子材料里的尼龙12(Polyamide-12,PA12)凭借其优异的性能及粉末特征成为了最广泛应用于SLS的材料。但PA12在SLS工艺过程中极易发生热氧老化降解,导致制件性能下降且粉末回收利用率低,材料成为了限制SLS发展的瓶颈。针对上述问题,本文首先通过溶剂沉淀法制备了PA12粉末,分析了PA12在空气中的热氧老化现象。再通过SLS工艺对PA12进行4次连续打印,制得了不同批次的老化粉末及对应的测试件,对其进行表征分析,研究了PA12的热氧老化机理、微观结构演变过程及制件的性能,主要研究成果如下:(1)PA12粉末能制造出烧结质量较高,尺寸精度较好的制件,但老化后粉末颜色变黄,形貌质量严重降低将不再适用于SLS工艺。添加适当的抗氧化剂能大大提升材料的热稳定性,当添加总含量为0.5%的抗氧化剂,种类为受阻酚1098和亚磷酸酯168,且其用量比为2:1时,复合粉末的抗氧化性得到显著提升。(2)PA12在SLS工艺的老化过程中,发现类似Brill转变的峰值合并导致了老化粉末的整体熔化温度变高,且在三次粉末回收后,其烧结窗口扩大。X射线光电子能谱分析证明了固态和熔态缩聚的存在,这使老化粉末的分子量、粘度不断上升并引起周围粉末的二次烧结,也使老化粉末有较高的成核温度,且在差示扫描量热法中检测到的尼龙12老化制件出现结晶延迟现象。在粉末经过三次回收循环后,固态缩聚使粉末的结晶度降低。(3)优化后的工艺参数为:预热温度158℃,加工温度167℃,激光功率18W,扫描速率4000mm/s,层间距0.3mm,层高0.1mm,可降低制件翘曲变形、尺寸精度下降及边界变得难以区分的倾向。尼龙12的SLS制件会出现少量孔隙,力学性能低于其模塑件,转变为脆性断裂;粉末老化程度越高,制件的拉伸弯曲强度就越低,满足不了普通塑料功能件的基本要求。
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