【摘 要】
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选择性激光烧结（Selected laser sintering,SLS）是一种发展迅速的增材制造（Additive Manufacturing,AM）技术,在复杂结构成形和产品个性化定制等领域具有显著优势。针对目前头盔对轻量化、快速开发和结构优化的要求,本文采用SLS技术制备轻质复合材料头盔内衬。为减少头盔内衬生产工序和使用过程中静电的危害,本文开发一种新型抗静电高分子复合材料,将炭黑（Carb
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选择性激光烧结（Selected laser sintering,SLS）是一种发展迅速的增材制造（Additive Manufacturing,AM）技术,在复杂结构成形和产品个性化定制等领域具有显著优势。针对目前头盔对轻量化、快速开发和结构优化的要求,本文采用SLS技术制备轻质复合材料头盔内衬。为减少头盔内衬生产工序和使用过程中静电的危害,本文开发一种新型抗静电高分子复合材料,将炭黑（Carbon Black,CB）作为填料,聚醚砜树脂（Polyethersulfone resin,PES）作为高分子基体材料,通过激光烧结技术制取CB/PES复合材料试样,并对CB/PES烧结件的显微组织和性能进行研究。最后将CB/PES复合材料作为头盔内衬的材料,通过拓扑优化实现头盔内衬的减重设计。本文通过机械混合法准备CB/PES复合粉末。首先研究激光功率对CB/PES激光烧结件显微组织和性能的影响,确定适合CB/PES复合粉末的激光功率进行后续激光烧结实验研究。根据选取的激光功率,制备不同CB含量的CB/PES激光烧结拉伸试样与弯曲试样,研究CB含量对CB/PES激光烧结件显微组织、力学性能、导电性能和密度的影响。为改善CB团聚现象,充分发挥CB作为纳米级填料的优异性能,本文通过超声波分散对CB团聚粉末进行分散处理,在相同CB含量下,对比CB有无超声波分散的CB/PES烧结件的显微组织和性能,确定超声波分散CB能增强CB/PES烧结件力学性能和导电性能。此后,将CB团聚粉末分散处理,制备不同CB含量的CB/PES激光烧结拉伸试样和弯曲试样,研究CB分散后影响CB/PES烧结件显微组织和性能的CB含量的改变,最终确定适用于制取密度小、具备抗静电性且力学性能较好的激光烧结头盔内衬的CB含量。采用ANSYS Workbench软件对CB/PES复合材料头盔内衬进行拓扑优化设计。首先利用Solidworks软件建立头盔内衬模型并导入到ANSYS Workbench软件中进行静力学仿真分析,根据位移和应力云图定义头盔内衬优化区域和保留区域,通过保留不同质量的材料对头盔内衬进行拓扑优化设计。根据得到的拓扑优化结果对头盔内衬重新建模并进行静力学分析,对比优化前后头盔内衬模型的最大变形量、最大应力和重量,验证拓扑优化结果的合理性。最后通过SLS工艺制得轻质CB/PES抗静电头盔内衬激光成形件。
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