一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法技术

本发明专利技术公开了高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法，包括步骤：(1)设计复杂异形管件的三维模型，对模型进行切片处理，将数据信息导入激光选区烧结设备；(2)对切片处理后的模型进行激光选区烧结工艺参数设置，并向成型腔内通入惰性气体；(3)对高密度聚乙烯粉末进行预热处理，提高成型腔温度直至达到烧结温度；(4)通过激光扫描高密度聚乙烯粉末，形成复杂异形管件单层截面；(5)根据模型数据生成的扫描截面图形，逐层烧结成型；(6)对已成型的复杂异形管件进行冷却保温处理。本发明专利技术能够实现高密度聚乙烯异形管件激光选区烧结成型，成型效率高、生产周期短、无需开模，能够解决核电领域复杂结构异形件制造难度大的问题。

A selective laser sintering method for high density polyethylene complex special-shaped pipe

The invention discloses a selective laser sintering forming method for high-density polyethylene complex special-shaped pipe fittings, which comprises the steps of: (1) designing a three-dimensional model of complex special-shaped pipe fittings, slicing the model, and importing the data information into the selective laser sintering equipment; (2) setting the technological parameters of selective laser sintering for the model after slicing, and introducing inert gas into the molding cavity; (3) setting the high-density polyethylene complex special-shaped pipe fittings The HDPE powder is preheated to raise the temperature of the forming cavity until the sintering temperature is reached; (4) the high-density PE powder is scanned by laser to form a single section of the complex special-shaped pipe; (5) the scanning section graph generated according to the model data is sintered layer by layer; (6) the complex special-shaped pipe has been cooled and insulated. The invention can realize selective laser sintering molding of high-density polyethylene special-shaped pipe fittings, has high molding efficiency, short production cycle, and does not need to open mold, and can solve the problem of difficult manufacturing of complex structure special-shaped parts in the field of nuclear power.

【技术实现步骤摘要】
一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法
本专利技术涉及激光选区烧结
，尤其涉及一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法。
技术介绍
核电站海水系统是核电站热量导出的重要环节，核电站通常利用海水作为外围冷却回路的冷却剂，但是由于海水盐分和氯离子含量高，海水腐蚀性很强，容易造成冷却管道的腐蚀，而核电站的供水管网一般都采用金属管，金属管的内外表面容易会受到海水腐蚀侵蚀，危害核电站管道和部件的结构完整性，造成核电冷却水系统管道和换热器管表面劣化，从而不得不进行大规模的定期维修和替换。与金属管道相比，高密度聚乙烯(HDPE)材料具有良好的耐海水腐蚀和生物侵蚀能力，在室温条件下，不溶于有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀，除此之外，HDPE具有优异的低温抗冲击性、抗应力开裂性、耐老化等性能。高密度聚乙烯材料由于其良好的综合性能成为核电站耐海水腐蚀管道的重要选择，目前已在美国Callaway核电厂和Catawba核电、中国三门等核电站冷却系统中应用，然而，由于传统工艺制备高密度聚乙烯管道配件时，需要根据管件的形状制备相应形状的模具，生产周期长、成本高、管件加工困难，除此之外，由于模具限制原因，传统工艺较适合制备形状简单的成型件，复杂结构异形件成型困难，无法满足核电领域循环水系统异形管件的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法。本专利技术具有成型效率高、生产周期短以及制造难度低的优点。本专利技术的目的能够通过以下技术方案实现：一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法，包括步骤：(1)设计复杂异形管件的三维模型，对三维模型进行切片处理并保存数据信息，将保存的数据信息导入激光选区烧结设备中；(2)对切片处理后的复杂异形管件三维模型进行激光选区烧结工艺参数设置，并向成型腔内通入惰性气体；(3)对高密度聚乙烯粉末进行预热处理，提高成型腔温度直至达到烧结温度；(4)通过激光扫描高密度聚乙烯粉末，在加工平面形成聚焦光斑将粉末熔化，形成复杂异形管件单层截面；(5)根据复杂异形管件三维模型数据生成的扫描截面图形，逐层烧结，直至堆积成型；(6)对已成型的复杂异形管件进行冷却保温处理，当温度降至室温时，取出复杂异形管件。优选地，步骤(1)中高密度聚乙烯复杂异形管件包括但不限于异形法兰、异形三通和异形弯头。优选地，步骤(1)中高密度聚乙烯复杂异形管件的切片层厚参数为0.12mm～0.16mm。优选地，步骤(2)中通入的惰性气体为氩气，通入惰性气体后成型腔内氧含量浓度需维持在0.5％～2％。优选地，步骤(2)中，设置的激光选区烧结工艺参数包括烧结激光功率、激光扫描速度以及扫描间距；其中，烧结激光功率为18～27W，激光扫描速度为1500～3000mm/s，扫描间距为0.15～0.25mm。优选地，步骤(3)中，成型缸加工平台预置5mm-10mm粉末厚度；通过在成型腔中设置8根呈“回”字形分布的短波辐射加热管，在粉料缸两侧各设置1根短波辐射加热管，对成型腔进行预热加热。成型腔预热中间温度为110～115℃，在室温至预热中间温度的温升速率为5～10℃/min，在预热中间温度至烧结温度的过程中，温升速率为0.4～1.3℃/min，每上升1～2℃，铺粉车铺粉3-5层，单层保温停留时间30秒。优选地，步骤(3)中，高密度聚乙烯粉末烧结温度窗口为126.5℃～132.1℃。优选地，步骤(4)中，高密度聚乙烯粉末平均粒径为30～75μm。优选地，步骤(4)中，激光扫描粉末方式采用“分区+螺旋”复合扫描策略，螺旋角度为30°、120°、210°以及300°。具体地，步骤(5)中，每完成一层截面，成型缸下降一层且粉料缸上升一层，铺粉车将高密度聚乙烯粉末从粉料缸铺至成型缸粉床上，CO2激光器发射激光将成型缸粉床上高密度聚乙烯粉末熔化，再形成一层复杂异形管件单层截面，直至烧结成型。优选地，步骤(5)中，激光选区烧结设备铺粉车采用滚轴式铺粉装置，高密度聚乙烯粉末预置方式采取双向铺粉方式。优选地，步骤(6)中，冷却保温处理过程中，冷却中间温度为115～120℃；在烧结温度至冷却中间温度的过程中，温降速率为0.2～0.4℃/min，每下降1℃，铺粉5-10层，单层保温停留时间30秒，冷却中间温度至室温降温速率为2℃/min。打印结束后，缓慢匀速的降温速率能减少已成型复杂异性管件的热应力，减少成型件的翘曲变形，有利于整个零件的成型精度。本专利技术相较于现有技术，具有以下的有益效果：1、本专利技术将激光选区烧结技术应用于核级循环水过滤系统中的高密度聚乙烯复杂异形管件的成型，由复杂异形管件三维模型驱动直接制造零件，根据各种型号复杂异形管件的应用需求，设计任意复杂结构的三维模型，实现对各种型号复杂异形管件的宏观结构控制。2、本专利技术采用激光选区烧结技术成型高密度聚乙烯复杂异形管件中，针对碳钢衬胶管道修补难度大、易腐蚀和成本高等问题，主要系化学性能稳定、耐腐蚀、耐环境应力开裂的高密度聚乙烯材料为主线，采用激光选区烧结技术快速制造核电循环水过滤系统复杂异形管件，解决核电领域复杂结构异形件制造难度大的问题。3、本专利技术提供的高密度聚乙烯复杂异形管件能够保证在耐腐蚀、耐老化的同时，有效地提高复杂异形管件生产周期、成型效率、降低生活成本。附图说明图1是本专利技术实施例中高密度聚乙烯异形管件激光选区烧结成型方法的流程图。图2是异形法兰三维几何模型图。图3是异形法兰扫描截面图。图4是异形三通三维几何模型图。图5是异形三通扫描截面图。图6是异形弯头三维几何模型图。图7是异形弯头扫描截面图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图1所示为一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法，包括步骤：(1)设计异形法兰的Solidworks或Pro/E三维模型，在数据处理软件上对三维模型进行切片处理并保存为CLI文件，将CLI文件数据信息导入激光选区烧结设备中，采用Magics数据处理软件对异形法兰三维模型进行切片处理时，切片层厚为0.12mm。所述异形法兰的三维几何模型图以及扫描截面图分别如图2和图3所示。(2)在工艺控制软件中对异形法兰进行激光功率、扫描速度、扫描间距等参数设置，激光功率为18W，激光扫描速度为1500mm/s，扫描间距0.15mm，并向成型腔通入惰性气体氩气，成型腔内的氧含量浓度维持在0.5％范围内。(3)对高密度聚乙烯粉末进行预热处理，提高成型腔温度直至达到烧结温度。预热阶段之前，成型缸加工平台预置5mm粉末厚度，形成高密度聚乙烯粉床，通过在成型腔中设置8根呈“回”字形分布的短波辐射加热管，在粉料缸两侧各设置1根短波辐射加热管，对成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法，其特征在于，包括步骤：/n(1)设计复杂异形管件的三维模型，对三维模型进行切片处理并保存数据信息，将保存的数据信息导入激光选区烧结设备中；/n(2)对切片处理后的复杂异形管件三维模型进行激光选区烧结工艺参数设置，并向成型腔内通入惰性气体；/n(3)对高密度聚乙烯粉末进行预热处理，提高成型腔温度直至达到烧结温度；/n(4)通过激光扫描高密度聚乙烯粉末，在加工平面形成聚焦光斑将粉末熔化，形成复杂异形管件单层截面；/n(5)根据复杂异形管件三维模型数据生成的扫描截面图形，逐层烧结，直至堆积成型；/n(6)对已成型的复杂异形管件进行冷却保温处理，当温度降至室温时，取出复杂异形管件。/n

【技术特征摘要】
1.一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法，其特征在于，包括步骤：
(1)设计复杂异形管件的三维模型，对三维模型进行切片处理并保存数据信息，将保存的数据信息导入激光选区烧结设备中；
(2)对切片处理后的复杂异形管件三维模型进行激光选区烧结工艺参数设置，并向成型腔内通入惰性气体；
(3)对高密度聚乙烯粉末进行预热处理，提高成型腔温度直至达到烧结温度；
(4)通过激光扫描高密度聚乙烯粉末，在加工平面形成聚焦光斑将粉末熔化，形成复杂异形管件单层截面；
(5)根据复杂异形管件三维模型数据生成的扫描截面图形，逐层烧结，直至堆积成型；
(6)对已成型的复杂异形管件进行冷却保温处理，当温度降至室温时，取出复杂异形管件。


2.根据权利要求1所述的一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法，其特征在于，步骤(1)中高密度聚乙烯复杂异形管件包括但不限于异形法兰、异形三通和异形弯头。


3.根据权利要求1所述的一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法，其特征在于，步骤(1)中高密度聚乙烯复杂异形管件的切片层厚参数为0.12mm～0.16mm。


4.根据权利要求1所述的一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法，其特征在于，步骤(2)中通入的惰性气体为氩气，通入惰性气体后成型腔内氧含量浓度需维持在0.5％～2％。


5.根据权利要求1所述的一种高密度聚乙烯复杂异形管件激光选区烧结成型方法，其特征在于，步骤(2)中，设置的激光选区烧结工艺参数包括烧结激光功率、激光扫描速度以及扫描间距；其中，烧结激光功率为18～27W，激光扫描速度为1500～3000mm/s，扫描间距为0.15～0.25mm。


6.根据权利要求1所述的一种高密度聚乙烯复杂异形管件激...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永强，万佳勇，刘林青，宋长辉，王迪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44