選擇性激光熔化快速成形關鍵技術研究.pdf

1、用選擇性激光熔化技術能直接成形金屬零件，它們可被應用于生物醫(yī)學、航空航天等領域。與國外相比，我國對該技術的研究起步較晚，還存在較大的差距。選擇性激光熔化成形金屬零件過程中，球化、裂紋、變形、翹曲、脫層等的形成機理及其預防措施是國內外研究者需要攻克的關鍵技術瓶頸問題。為了解決這些問題，本文作者參與研制選擇性激光熔化裝備，并研究選擇性激光熔化金屬粉末（304L、316L）的成形特征，分析成形過程的熱應力、熱應變，利用X 射線衍射（XRD）、

2、金相顯微（OM）、電鏡掃描（SEM）、顯微硬度等方法，分析成形件的組織結構和機械性能。為提高零件成形效率及機械性能，提出并研究選擇性激光熔化技術與熱等靜壓技術的復合成形技術。主要研究內容及結論如下： 在擇性激光熔化裝備研制方面，選擇波長為1064nm、1090nm的激光器，即固體半導體Nd-YAG、光纖激光器。采用動態(tài)聚焦和靜態(tài)聚焦方式，使激光束聚焦焦點處激光功率密度超過106W/cm2。將裝備做成較高的真空度，使之能成形鈦合金

3、和高溫合金零件。 在研究金屬粉末的選擇性激光熔化的成形性方面，重點研究了304L、316L 不銹鋼粉末的成形性。研究表明：316L的成形性較304L的好；含碳量低的合金粉末成形性比含碳量高的成形性好；氣霧化粉末比水霧化粉末的成形性好。 在選擇性激光熔化金屬粉末的成形工藝方面，本文分層次進行了實驗并優(yōu)化工藝參數。首先，表達不同工藝參數下的單線（道）掃描成形軌跡特征，確定粉末的成形性；第二，進行單層多道掃描，確定完全致密度所

4、需的掃描策略、工藝參數； 最后，實施塊體的成形，確定成形件的致密度與掃描策略、層厚等工藝參數之間的關系。掃描策略是影響致密度的一個關鍵因素，在已有的掃描策略（分組變向、輪廓等距偏移）基礎上，提出新的掃描策略--變掃描矢長分塊變向掃描、回填變向掃描（跳轉變向掃描）。實驗研究表明：在相同條件下回填變向掃描策略比其它掃描策略更能有效的提高致密度。較優(yōu)工藝參數為：激光功率98W、掃描速度范圍為30-100mm/s、掃描間距0.06mm、

5、掃描層厚為0.06-0.08mm。 在成形過程中的變形、裂紋、脫層等的研究方面，應用ANSYS模擬并分析了成形過程溫度場、熱應變場、熱應力場。分析結果表明：成形件的殘余拉應力較大； 在基板與成形件接觸處，出現應力集中。為了減小成形件的殘余拉應力，可采取預熱基板、重掃描策略、退火后處理的方法。 在研究選擇性激光熔化與熱等靜壓（SLM/HIP）的復合成形技術方面，首先采用選擇性激光熔化技術成形完全致密零件外殼或包套，