选区激光烧结技术(SLS)是一种应用广泛的增材制造技术，采用模型离散/材料堆积的原理，按照加工模型有效截面信息，由计算机操纵激光束按照特定的扫描路径，烧结扫描区域内的粉末，去掉多余粉末即可成型[1]。在SLS成型过程中，粉末受热熔化粘结，温度下降，材料收缩并固化，烧结件的精度难以保证，因此控制成型件收缩率十分重要。在零件成型过程中，选取合理的工艺参数对减小成型件收缩率，提高精度起着至关重要的作用。
目前，陶瓷、木塑、聚碳酸酯(PC)、石蜡和金属等均可应用于SLS技术中。聚苯乙烯(PS)粉具有吸湿率小，粉末流动性好等优良性能，因此PS粉已经被广泛应用于SLS技术中，但PS成型件孔隙率高，收缩率大，精度差。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)具有精度高，价格低，韧性强，抗拉伸等优点，且PMMA分子支链为短链，更好地填充了PS的空隙，减小了成型件的孔隙率。
西安科技大学以PS/PMMA复合粉末为原料，通过大量烧结实验，研究影响烧结件收缩率的因素，并对结果进行降噪处理和极差分析，获得最优工艺参数组合，在最优组合下进行烧结实验，通过修正系数对模型修正补偿精度，减小了零件收缩率。
以前期大量实验数据为支撑，得到较为合适的工艺参数组合为：激光功率30 W，XYSTA扫描方式，预热温度100℃，扫描速度2400 mm/s，分层厚度0.25 mm，扫描间距0.30 mm。为了获取单个工艺参数(预热温度、扫描速度、分层厚度、扫描间距)对PS/PMMA烧结件收缩率的影响规律，改变上述组合中的单一工艺参数进行单因素实验，测试烧结件精度计算收缩率。
预热温度对PS/PMMA烧结件收缩率的影响
SLS成型之前必不可缺的环节是对原料进行一定时间的预热。一定时间的预热，工作缸内形成了稳定均匀的温度场，避免了激光束直接照射粉末时，烧结区域粉末与周围粉末温差较大，成型件出现翘曲现象，同时减小了熔融所需能量。
经研究得出，预热温度为94~106℃，随着温度的上升，水平方向收缩率整体呈现下降趋势，数据波动较小，平均在2.57%左右。竖直方向的收缩率大幅上升。预热温度为94℃时，竖直方向收缩率为负值，此时预热温度较低，激光扫描区域粉末与未扫描区域粉末温差梯度大，烧结件出现翘曲，烧结件实际尺寸大于理论尺寸。随着预热温度的不断升高，层与层之间的温度梯度逐渐下降，翘曲现象减少，制件精度变好。在103℃时接近PMMA的玻璃化转变温度(Tg) 105℃，成型件收缩率明显上升，说明粉末充分熔融。热塑性材料的预热温度一般略低于Tg，且在97℃时制件实际尺寸最接近理论尺寸，因此选取97，100，103℃为正交实验水平值。
扫描速度对PS/PMMA烧结件收缩率的影响
扫描速度不仅影响激光束在成型材料上扫描照射时间的长短，而且影响着成型效率。因此在合适范围内选择扫描速度。
选取的扫描速度范围为1800~3000 mm/s。经研究得出，随扫描速度的增大，水平方向收缩率先上升后下降。竖直方向收缩率整体呈现上升趋势。在1800~2000 mm/s时，收缩率为负值。此时扫描速度小，激光照射粉末时间变长从而粉末接收能量大，次烧结现象出现，实际尺寸大于理论尺寸。当扫描速度大于3000 mm/s时，成型效率变快，但激光束照射粉末时间变短，粉末难以充分熔融，层与层之间粘结不足，粉末易被清除掉。因此选取2100，2400，2700 mm/s为正交实验水平值。
分层厚度对PS/PMMA烧结件收缩率的影响
分层厚度体现为模型的切片厚度，即铺粉厚度。粉末粒径，成型效率等众多因素共同确定分层厚度的大小。分层厚度过小，成型效率太低。分层厚度过大，“台阶效应”现象明显，烧结件精度变差。
选取的分层厚度范围为0.19~0.27 mm。经研究得出，随着分层厚度的增加，水平方向收缩率缓慢上升，且都为正值。竖直方向收缩率明显上升。分层厚度在0.19~0.21 mm时，竖直方向收缩率为负值，这是因为分层厚度太小，激光在粉末上穿透性强，扫描区域底部的粉末也被熔融粘结在制件上，导致烧结件的实际尺寸变大。分层厚度的逐步增加，激光的穿透性变弱，过烧结现象逐渐消失，烧结件精度提高。兼顾烧结件质量与成型效率，选取0.23，0.25，0.27mm为正交实验水平值。
扫描间距对PS/PMMA烧结件收缩率的影响
扫描间距是指相邻两条的激光束扫描线之间的垂直距离。扫描间距的取值一般与激光直径有关。
选取的扫描间距范围为0.24~0.32 mm。经研究得出，扫描间距对水平方向收缩率影响程度小，数值在2.5%左右波动。随扫描间距的增大，竖直方向收缩率呈现上升趋势。竖直方向收缩率在0.24~0.26 mm为负值，即实际尺寸大于理论尺寸。这是因为扫描间距过小时，相邻激光束多次照射重叠区域，此区域的能量过高，部分能量向下延伸，形成过烧结现象，烧结件底部粘结现象严重，烧结件尺寸变大，精度变差。扫描间距过大时，未接收到能量的区域变大，部分粉末处于未熔状态，容易被清粉时清掉。综合考虑选取0.26,0.28，0.30 mm为正交实验水平值。
经测量计算，修正后的烧结件的水平方向收缩率为0.947%。竖直方向收缩率为1.015%。发现，烧结件无翘曲，卷边，错层等缺陷，烧结件质量良好，为后续的研究奠定基础。
(关键字：复合材料)
