浅论熔化选择性激光熔化成形金属零件性能大纲

论文导读：
摘要：选择性激光熔化成形技术(Selective Laser Melting, SLM)是快速原型及制造(Rapid PrototypingManufacturing, RPM)领域最具进展潜力的技术之一。该技术使用高能束激光直接熔化金属粉末,可成形近全致密的高性能金属零件。由于可成形传统加工办法无法加工或多部件拼装的复杂结构,由此在航空航天、个性化生物制造及复杂模具镶块等方面具有广阔的运用前景。但是SLM成形影响因素众多,成形零件的精确控形与控性有着较大难度。为此,本论文重点探讨SLM成形零件的表面质量、尺寸精度及力学性能,并在SLM成形复杂模具上进行初步探讨。主要内容包括如下几个方面：(1)探讨了SLM成形零件的表面粗糙度。通过系列实验,探讨了单熔化道尺寸特点,引用形状系数F来评价熔化道的形状。揭示了SLM工艺参数及扫描对策对单道、单层表面粗糙度的影响规律。探讨表明,熔化道表面粗糙度随着扫描速度的提升而降低,随着激光功率的提升先降后升。激光沿一个方向扫描一次的表面粗糙度最大,用两倍间距扫描一次,再用正常间距扫描第二次后的成形表面粗糙度最小。探讨了成形角度(成形零件侧面与工作平面的角度)、激光功率密度及加工层厚等多因素对零件侧面表面粗糙度的影响规律。结果表明,在成形角度小于60°时,随着成形角度的增多,表面粗糙度呈大幅降低的走势。在成形角度大于60°,随着角度的增多,表面粗糙度有所降低,但是变化并不显著。(2)探讨了SLM成形零件的尺寸精度。探讨了SLM成形精细零件的加工性,设计了尺寸以0.1-0.45mm厚的薄壁件,分析加工误差。结果显示,由于激光光斑的尺寸接近0.1mm,壁厚越小,其相对误差越大。壁厚为0.1mm的零件,其相对误差接近99%。当壁厚增多到0.4mm时,其相对误差只有0.1%。探讨了不同工艺参数时XY平面及Z轴的成形精度的影响因素,工作平面不同位置的零件的尺寸误差。使用三维测量工具对成形零件的三维尺寸进行测量,并比较模型进行分析。测试结果表明,SLM成形金属零件在Z轴方向有着收缩状况,但其高度方向相对误差在1%从内。激光熔化粉末后形成致密金属层,由于粉末体松装密度较低,导致熔化后的层厚出现显著降低,该现象经过累积,对Z轴的精度有一定影响,粉末松装密度越高,铺粉层厚越小,影响越小。(3)探讨了SLM成形零件的致密度。使用田口分析办法,分析了SLM工艺参数对零件致密度的影响规律。结果显示,在影响SLM成形致密度的三个因素中,成形速度影响最大,占43.98%,激光功率影响其次,占34.61%,扫描间距影响较小,仅为19.81%。说明了扫描速度对成形致密度的影响最大,超过扫描间距的2倍。探讨了成形平面的不同区域内SLM零件的致密度变化。在不同区域内零件的致密度体现出一定差别,离平面中心位置近的致密度最高。(4)探讨了SLM成形零件的力学性能。通过成形不同倾斜角度的零件探讨了零件的延伸特性变化规律。结果发现,熔化道搭接处,即熔池边界为性能弱区,是降低SLM零件延伸率的重要因素。熔池边界的空间拓扑导致SLM零件的拉伸特性产生显著的各向异性。通过热处理消除熔池边界,可大大提升SLM成形件的延伸性能,并减小各向异性特点。探讨了不同粉末粒径分布对成形性能的影响。探讨发现,平均粒径为26.36μm的粉末成形性能较好,松装密度大(松装密度为0.56)的粉末成形致密度高,为99.1%。(5)探讨了SLM技术成形模具的初步运用。使用SLM办法成形随形冷却流道模具。模拟和试验表明,SLM成形的随形冷却流道模具,其冷却效率和冷却均匀性优于传统直流道。综上所述,本论文着重探讨了SLM成形零件的表面粗糙度、尺寸精度及力学性能,为SLM成形实用零件提供了指导。并在模具运用方面进行了一定的研究,为SLM成形零件的工程运用奠定了基础。关键词：选择性激光熔化论文316L不锈钢论文表面粗糙度论文尺寸精度论文力学性能论文后处理论文模具成形论文
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Abstract6-11
1 绪论11-29

1.1 引言11-16

1.2 选择性激光熔化成论文导读：要的探讨成果168上一页12

形关键不足探讨发展16-26

1.3 课题的来源26-27

1.4 探讨的目的、作用及探讨内容27-29

2 选择性激光熔化成形表面粗糙度探讨29-65

2.1 引言29-31

2.2 实验条件31-35

2.3 成形工艺参数优化35-45

2.4 单道的表面粗糙度45-47

2.5 单层的表面粗糙度47-57

2.6 零件的侧表面粗糙度57-64

2.7 本章小结64-65

3 选择性激光熔化成形零件尺寸精度探讨65-82

3.1 引言65

3.2 实验条件65-66

3.3 X-Y平面的加工误差66-71

3.4 不同加工位置的尺寸变化71-73

3.5 Z轴精度73-81

3.6 本章小结81-82

4 选择性激光熔化成形零件性能探讨82-125

4.1 引言82-83

4.2 实验条件83-86

4.3 零件致密度及性能86-96

4.4 不同成形方向零件拉伸性能96-114

4.5 不同粉末粒径对选择性激光熔化成形性能的影响114-124

4.6 本章小结124-125

5 选择性激光熔化成形金属模具探讨125-151

5.1 引言125-126

5.2 复合法成形模具强度126-140

5.3 随形冷却流道模具的成形140-149

5.4 本章小结149-151

6 结论与展望151-153

6.1 主要结论151

6.2 探讨展望151-153

致谢153-154
参考文献154-168
附录：攻读学位期间主要的探讨成果168