目前国内最大成型体积的SLS 3D打印机是TPM3D盈普的S800DL,成型缸尺寸为800×800×450mm,体积达到288,000cm³,比同类设备大了20%以上。
基于SLS技术的金属模具快速制造。
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SLS技术简介
选区激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)技术是采用红外激光作为热源来烧结粉末材料,以逐层添加方式成形三维零件的一种快速成型(又称快速原型,英文为Rapid Prototyping,简称RP)技术。SLS工艺的特点是材料适应面广,不仅能制造塑料零件,还能制造陶瓷、金属粉末、石蜡等材料的零件,特别是可以制造金属模具。
激光选区烧结(SLS)工艺由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。目前德国EOS公司推出了自己的SLS工艺成形机EOSINT,分为适用于金属、聚合物和砂型三种机型。我国的北京隆源自动成形系统有限公司和华中科技大学也相继开发出了商品化的设备。
金属模具快速制造(Rapid bbbbl Tooling,简称RMT) 。
RP技术已经能成功地制造包括金属、陶瓷、塑料、石蜡、树脂等原型。由于所采用材料的限制,RP发展初期成型零件往往只能在有限的场合替代真正的金属或其它类型功能零件做功能实验,随着需求的增加和技术的不断发展,RP正向RMT的方向发展。RMT具有其独特的优点,如制造环节简单,特别是与计算机技术密切结合、快速完成产品制造,在缩短制造周期、节省资源、发挥材料性能、提高精度、降低成本等方面具有很大潜力,但在模具精度和性能控制等方面比较困难,如特殊的后处理设备与工艺使制造成本提高,成形尺寸也受到较大的限制。RMT研究和应用的关键在于如何提高模具的表面精度和制造效率,以及保证其综合性能质量,从而直接快速制造耐久、高精度和表面质量能满足工业化批量生产条件的模具。基于RP的RMT技术可分为直接法和间接法。
◆ 金属模具直接制造法
直接制造法即用RP原型直接制模。基于SLS的直接法因其不需要工艺转换,在模具制造周期等方面具有很大的应用潜力,从而受到高度关注。粉末堆积成形是SLS中最常见的直接制造金属模具的方法。SLS直接制模过程包括一个高温工作室和用以熔烧金属的高功率激光器。高温工作室内通常有还原性气氛、惰性气体或采用真空,以防材料氧化。激光烧结前,材料已经被加热到接近熔点,研究表明,这能更为有效地进行烧结且材料翘曲较小。直接制造出的零件具有很高的强度,可以直接作为模具。德国EOS公司Direct Steel 20-V1法以钢粉为主,其直径为20mm,层厚0.02mm,烧结密度为钢密度的95%~99%,成功解决了金属粉末凝固收缩的问题。Lohner A.等采用Ni-Cu粉末直接制造的模具,密度为理论值的80%,强度为100~200MPa,精度为0.1mm,平均粗糙度Ra为10~15um,已用于生产数百件注塑成形件。
◆ 金属模具间接制造法
间接制造法即用RP原型间接制模。SLS原型主要以非金属型为主(如ABS、蜡、树脂等),在大多数情况下非金属原型无法直接作为模具使用,需要以原型作模样,经过工艺转换,制造金属模具。间接制造的特点是RP技术与传统成形技术相结合,充分利用各自的技术优势,现已成为目前应用研究开发的热点。基于SLS的间接制造工艺包括粉末冶金成形、SLS原型的快速精密铸造、SLS陶瓷壳型铸造、树脂砂型快速铸造等。
(1)粉末冶金成形
粉末冶金成形比较类似金属粉末堆积成形,但所用复合粉末材料通常含有低温易熔组元或粘接剂。采用低功率激光器在较低温度下烧结易熔组元,经SLS过程后得到三维实体,称为生坯。这种生坯强度较低,但形状准确,需要经过后处理才能得到高强度的金属或陶瓷零件。后处理通常包括脱粘与再烧结两步。生坯放到烧结炉中进行脱粘与再烧结,脱去易熔低强度组分,剩余的金属或陶瓷粉末烧结成金属或陶瓷零件。完成的金属件通常呈褐色,称为褐色件。为降低空隙率或相对密度,褐色件还可以渗入环氧树脂或铜等金属。
美国DTM公司采用激光烧结包覆有粘结剂的钢粉,由计算机控制激光束的扫描路径,加热融化后的粘结剂将金属粉末粘结在一起(非冶金结合),生成约有45%孔隙率的零件,干燥脱湿后,放入高温炉膛内进行烧结、渗铜,生成表面密实的零件,此时零件中的材料成分为65%的钢和35%的铜,经打磨等后处理工序,得到最终的模具。
SLS用的复合粉末通常有两种混合形式:一种是粘接剂粉末与金属或陶瓷粉末按一定比例机械搀和,另一种则是把金属或陶瓷粉末放到粘接剂稀释液中,使基体粉末与粘接剂充分接触,制取具有粘接剂包覆的金属或陶瓷粉末。实验表明,这种粘接剂包覆的粉末制备虽然复杂,但烧结效果较机械搀和的粉末好。
(2)SLS消失模精密铸造
用塑料、石蜡、树脂等粉末烧结制得SLS原型,再进行涂料、撒砂、干燥等处理并反复多次,直到在原型上形成一个所需厚度的型壳,随后加热使模型熔化汽化消失,形成型壳,再对型壳进行焙烧,最后把熔化的金属浇注入型壳,冷却后即可得所需的模具铸件。该工艺可较好地控制模具的精度、表面质量、力学性能与使用寿命,能满足经济性的要求。用该方法制得的金属模具零件通常具有较好的机械加工性能,可进行局部切削加工,能获得更高的精度,并可嵌入镶块、冷却部件和浇道等,常用于制造塑料模、压铸模、注塑模等。
基于SLS的消失模精密铸造工艺制作的拖拉机变速箱壳体金属模具。采用SLS工艺制造原型,然后精密铸造件,从CAD设计到获得零件仅仅15天,传统工艺至少需要45天,制造成本降低60%。采用SLS工艺制造原型,采用该工艺制造的消失模铸造用模具,比传统的工艺制造周期缩短40%。
(3)SLS陶瓷壳型铸造
利用激光对以反应性树脂包覆的陶瓷粉进行烧结,烧结完成后将粉末倒出,再经固化处理就获得铸造用的陶瓷型壳,浇注后即可制得金属模具零件。此方法省去传统精密铸造多种工艺过程,是传统精密铸造的重大变革。激光束在计算机的控制下,根据层面中的扫描线,有选择地烧结树脂砂与环氧树脂的混合粉末材料,得到铸造型壳的一个层面后,工作台下降一个层厚,供料台上升一个层高,又开始铺新料。就这样逐层铺料,逐层烧结,最后便得出所需模具铸件型壳的反型。选择性激光烧结后的铸造型壳,残存有未固化的粉末粘结剂且粘结剂分布并不均匀,强度较低,须对铸造型壳进行烘烤硬化处理。烧烤硬化后的铸造型壳,消除了原型中粘结剂的聚集现象,使原型均匀硬透。挥发掉原型中的水分和可气化物质,改善了铸造型壳透气性,降低铸造时的发气量,从而使型壳具备良好的铸造性能。结合传统的砂型铸造工艺,在铸造型壳外面构筑浇注系统,浇注模具铸件。
它的最大优点是速度快,不需要任何模具,甚至不需画图,设计工程师通过计算机网络将资料送到铸造车间的系统中便可完成型壳的设计与制作。在CAD环境中,直接将模具零件模样转换为壳型,再配以浇注系统,型壳的厚度可取5~10mm。该工艺的不足之处主要是零件表面粗糙度值较高,其关键技术是型壳厚度、型壳表面粗糙度及固化处理工艺。
(4)SLS树脂砂铸造
将铸造树脂砂作为SLS烧结材料,根据图纸或要求设计出模具零件的三维CAD 模型 ,进行铸造工艺分析 ,主要是设计浇注系统、冒口和确定铸件的凝固收缩余量,根据收缩余量和零件尺寸设计出铸型的 CAD 模型。SLS在计算机的控制下,按照截面轮廓的信息,在粉末上扫描出截面形状,激光的功率要足够大,使得轮廓边界处的粉末完全炭化而失去固化作用,逐层扫描直至堆积出零件的三维曲面结构的分型面。随着工作台的分步下降,将树脂砂粉末逐层铺在工作台上,再用平整辊将粉末滚平、压实,每层粉末的厚度均对应于CAD 模型的切片厚度。各层上经激光扫描加热的粉末被破坏而失去固化作用,未被激光扫描的粉末仍留在原处起支撑作用,直至扫描完整个零件。对工作台的零件进行整体加热,根据树脂砂的不同,其加热温度为200~280℃。由于零件表面处的树脂砂经激光炭化而失去固化作用,因而零件表面相当于一个分型面,将零件与周边的废料块分割开来,去掉废料块,最终得到铸型。对铸型内腔表面进行适当的打磨修整或上涂料以降低内腔的表面粗糙度,然后进行浇注得到金属零件或模具。
树脂砂铸造相对于快速熔模铸造有以下优点:(a)溃散性好。与熔模铸造相比,树脂砂铸造能铸造出更复杂的零件,SLS主要用来加工无法用数控加工的气道、水套部分砂芯等。(b)造型时间短。SLS和数控技术的结合显著加快了制造砂型的速度。熔模铸造需有固定的制壳周期,而快速砂型铸造则可灵活地控制铸造时间。(c)可铸造更大模具零件。采用数控铣技术加工型腔部分一方面提高了加工效率,另一方面可以加工更大的砂型,因此可生产更大的模具零件。
第一章 概 述 1.1精馏塔的简单介绍 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置,又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸气由塔底进入,与下降液进行逆流接触,两相接触中,下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移,蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移,蒸气愈接近塔顶,其易挥发组分浓度愈高,而下降液愈接近塔底,其难挥发组分则愈富集,达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器,冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中,其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体,其中的一部分送入再沸器,热蒸发后,蒸气返回塔中,另一部分液体作为釜残液取出。
1.2本设计的目的和意义 通过本次课程设计,培养学生多方位、综合地分析考察工程问题并独立解决工程实际问题的能力。主要体现在以下几个方面:
(1)资料、文献、数据的查阅、收集、整理和分析能力。要科学、合理、有创新地完成一项工程设计,往往需要各种数据和相关资料。因此,资料、文献和数据的查找、收集是工程设计必不可少的基础工作。
(2)工程的设计计算能力和综合评价的能力。为了使设计合理要进行大量的工艺计算和设备设计计算。本设计包括塔板结构和附属设备的结构计算。
(3)工程设计表达能力。工程设计完成后,往往要交付他人实施或与他人交流,因此,在工程设计和完成过程中,都必须将设计理念、理想、设计过程和结果用文字、图纸和表格的形式表达出来。只有完整、流畅、正确地表达出来的工程设计的内容,才可能被他人理解、接受,顺利付诸实施。
通过本设计不仅可以进一步巩固学生所学的相关啊知识,提高学生学以致用的综合能力,尤其对精馏、流体力学等课程更加熟悉,同时还可以培养学生尊重科学、注重实践和学习严禁、作风踏实的品格。
第二章 设计计算 2.1确定设计方案 本设计任务是分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。设计中采用中间泡点进料,将苯和甲苯混合液经原料预热器加热至泡点后送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后,一部分作为回流,其余为塔顶产品,经冷却器冷却后送至贮槽。该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品冷却后送至储罐。
2.2精馏塔的物料衡算 1.原料及塔顶、塔底产品的摩尔分率。
苯的摩尔质量 MA=78.11 kg/kmol。
甲苯的摩尔质量 MA=92.13 kg/kmol。
xF = =0.541
xD = =0.992
xW = =0.012
2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量。
MF=0.541×78.11+(1-0.541)×92.13=84.55 kg/kmol。
MD=0.992×78.11+(1-0.992)×92.13=78.22 kg/kmol。
MW=0.012×78.11+(1-0.012)×92.13=91.96 kg/kmol。
3.物料衡算
原料处理量 F= =131.41 kmol/h。
总物料衡算 D+W=131.41。
苯物料衡算 0.992D+0.012W=131.41×0.541。
联立解得 D=70.93 kmol/h。
W=60.48 kmol/h
2.3塔板数的确定 常压下苯-甲苯的气液平衡与温度关系。
温度t
110.6
106.1
102.2
98.6
95.2
92.1
89.4
86.8
84.4
82.3
81.2
80.2
x(摩尔分数)
y
0.088
0.212
0.2
0.37
0.3
0.5
0.397
0.618
0.489
0.71
0.592
0.789
0.7
0.853
0.803
0.914
0.903
0.957
0.95
0.979
1.0
1.0
1.理论塔板数NT的求取
苯-甲苯属理想物系,可采用图解法求理论塔板数。
①由上表查得苯-甲苯物系的气液平衡数据,绘出下面x-y图。
②求最小回流比及操作回流比。
采用作图法求最小回流比。在上图中对角线上,子点e(0.542,0.542)做垂线ef即为进料线(q线),该线于平衡线的交点坐标为。
yq=0.756 xq=0.542。
故最小回流比为
Rmin=1.103
取操作回流比为
R=2Rmin=2.206
③求精馏塔气、液相负荷
L=RD=156.47 kmol/h。
V=(R+1)D=234.47 kmol/h。
L′=L+F=289.94 kmol/h。
V′=V=234.47 kmol/h。
④求操作线方程
精馏段操作线方程为
y= x+ XD=0.667x+0.301。
提馏段操作线方程为
y′= ’- Xw =1.237x’-0.003。
5图解法求理论塔板层数
采用图解法求理论踏板层数,如上图所示。求解结果为。
总理论塔板层数 NT=12.5。
进料板位置 NF=6
2.实际塔板层数的求取
精馏段实际塔板层数 N精=6/0.56≈11。
提留段实际塔板层数 N提=6.5/0.56≈12。
2.4精馏塔工艺条件的计算 1.操作压力计算。
塔顶操作压力 PD=101.3+4=105.3 kPa。
每层塔板压降 ΔP=0.7 kPa。
进料板压力 PF=112.3 kPa。
精馏段平均压力 Pm=108.8 kPa。
2.平均摩尔质量计算
塔顶平均摩尔质量计算
由xD=y1=0.992,查平衡曲线,得。
x1=0.956
MVDm=0.992×78.11+(1-0.992)92.13=78.22 kg/kmol。
MLDm=0.956×78.11+(1-0.956)92.13=79.66 kg/kmol。
进料板平均摩尔质量计算
由图解理论板,得
yF=0.720
查平衡曲线,得
xF=0.497
MVFm=0.720×78.11+(1-0.720)92.13=82.04 kg/kmol。
MLFm=0.497×78.11+(1-0.497)92.13=85.16 kg/kmol。
精馏段平均摩尔质量
MVm=(78.22+82.04)/2=80.13 kg/kmol。
MLm=(79.66+85.16)/2=82.41 kg/kmol。
3.平均密度计算
(1)气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算,即
рVm= =2.88 kg/m3。
(2)液相平均密度的计算
液相平均密度计算依下式计算,即。
1/рVm=∑ai/рi
塔顶液相平均密度的计算
由tD=82.1℃,查手册得
рA=812.7 kg/m3 рB=807.9 kg/m3。
рLDm= =812.6kg/m3。
进料板的平均密度计算
由tF=99.5℃,查手册得
рA=793.1 kg/m3 рB=790.8 kg/m3。
进料板液相的质量分率
aA=0.456
рLFm= =791.8 kg/m3。
精馏段液相平均密度为
рLm=(812.6+791.8)/2=802.2 kg/m3。
2.5精馏塔塔体工艺尺寸计算 1.塔径的计算。
精馏段的气、液相体积流率
Vs= =1.812 m3/s。
Ls= =0.0045 m3/s。
由 umax=C
=0.0413
取板间距HT=0.40 m,板上液层高度hL=0.06 m,则。
HT-hL=0.40-0.06=0.34 m。
查资料可得 C20=0.075。
C= C20 =0.0753
Umax =0.0753 =1.254 m/s。
取安全系数为0.7,则空塔气速为。
u=0.7 umax=0.878 m/s。
D= =1.66 m
按标准塔径圆整后为 D=1.5 m。
塔截面积为
AT=2.16 ㎡
实际空塔气速为
u=0.839 m/s
2.精馏塔的有效高度计算
精馏段有效高度为
Z精=(N精—1)HT=4 m。
提馏段有效高度为
Z提=(N提—1)HT=4.4 m。
在进料板上开一人孔,其高度为0.8 m。
故精馏塔的有效高度为
Z=Z精+Z提+0.8=9.2 m。
2.6塔板主要工艺尺寸的计算 1.溢流装置的计算。
因塔径D= 1.5m,可选用单溢流弓形降液管,采用凹形受液盘。各项计算如下:
(1)堰长lW
取 lW=0.66D=0.99 m。
(2)溢流堰高度hW
由 hW=hL-hOW
选取平直堰,堰上液层高度hOW,近似的取E=1得。
hOW= E =0.019 m。
取板上清液层高度 hL=0.06 m。
故 hW=0.06-0.019=0.041 m。
(3)弓形降液管宽度Wd和截面积Af。
由 lW/D=0.66 得
Af/AT=0.0722 Wd/D=0.124。
故 Af=0.198 ㎡
Wd=0.186 m
验算液体在降液管中停留的时间
θ= =17.6 s>5 s
故降液管设计合理。
2.7筛板流体力学的验算 1.液面落差。
对于筛板塔,液面落差很小,且塔径和液流量不是很大,故可忽略液面落差的影响。
2.液沫夹带
液沫夹带量eV计算,即
eV= ( ) =0.042 kg<0.1 kg。
hf=2.5 =0.15 m
故在本设计中液沫夹带量eV在允许范围内。
3.漏液
对筛板塔,漏液点气速u0,min计算,即。
u0,min=4.4
=6.0276 m/s
实际孔速
u0= Vs/A0=16.23 m/s>u0,min。
稳定系数为
K=u0 /u0,min=2.692>1.5。
故在本设计中无明显漏液。
第三章 设计结果汇总
序号 项目 数值
1 平均温度 ,℃ 90.8
2 平均压力Pm,kPa 108.8。
3 气相流量Vs (m3/s) 0.872。
4 液相流量Ls (m3/s) 0.0022。
5 实际塔板数 23
6 有效段高度Z,m 9.2
7 塔径,m 1.0
8 板间距,m 0.4
9 溢流形式 单溢流
10 降液管形式 弓形
11 堰长,m 0.66
12 堰高,m 0.051
13 板上层液高度,m 0.06。
14 堰上层液高度,m 0.009。
15 空塔气速,m/s 1.111。
16 液沫夹带eV,(kg液/kg气) 0.042。
17 稳定系数 2.69
18 筛孔直径,m 0.005。
19 孔中心距,m 0.015。
20 筛孔直径,m 0.005。
XBD7/20-SLS100什么意思?这个看起来像是什么产品的生产批号吧 或者是生产代码之类的 这个有具体的来源出处才能知道。
含0.05%吐温-20的pH7.4的磷酸盐缓冲液(简称为PBS-T)配制方法为: 称取磷酸二氢钾(KH2PO4)0.2g,磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)2.9g,氯化钠(NaCl)8.0g,氯化钾(KCl)0.2g,吐温-20 0.5mL,加水至1000mL。 PBS:Phosphate Buffered Saline PBS 1L配...。
可能的原因如下,依次排查 1配制过程不正确或引入了污染物 2配制用的蒸馏水纯度不够 3试剂不纯,含有少量呈酸碱性的杂质 pH7.1和7.4之间实际氢离子溶度的差异极小,上述2-3即便使用合格的水和试剂都可能导致这种差异,你如果1没有问题,2-3为合...。
PBS是磷酸缓冲液的简称,不仅伪狂犬病毒要用它稀释,一般的有活性的生物制剂都要用它来稀释,原因就是它具有盐平衡、可调整的适宜pH缓冲作用,蒸馏水不具有...。
稀释6-12倍。 取 25%戊二醛 100ml,加入500ml-1100ml水中,搅拌均匀,即可。
比如配置1L的该溶液,当然是按照PBS缓冲液的组成,以及100mMEDTA计算各化学品所需要的量,然后全部溶解,测定pH值,并用酸或碱把pH值调节到8.0,转移到1L的容量瓶中,加入蒸馏水,然后定容到1L。ok。
0.2M Na2HPO4:称取 71.6g Na2HPO4-12H2O,溶于 1000ml 水 0.2M NaH2PO4:称取 31.2g NaH2PO4-2H2O,溶于1000ml 水 各种浓度PB(pH=7.4)的配制: 先配 0.2M PB (pH=7.4,100ml):取19ml 0.2mol/L的 NaH2PO4, 81ml 0.2mol/L 的 Na2HPO4, 即可。 ...。