基于光內(nèi)送粉的激光熔覆快速成形技術研究.pdf

1、激光熔覆快速成形技術結合了激光熔覆與快速成形(Rapid Prototyping)兩大技術的優(yōu)點，成為了目前先進制造技術的一個重要研究方向。但是目前此項技術中成形所采用送粉方式為單粉管光外側向送粉和多粉管光外側向同軸送粉。光外側向送粉成形有一些不足之處：傾斜側向輸送的粉末一般呈拋物線運動，多粉束匯聚精度低，其運動軌跡受多種因素干擾，任意光軸橫截面上的粉末密度分布不均勻，激光束與粉末耦合效應不高，熱作用效率低，成形件表面較粗糙，金屬粉末利

2、用率一般只有20％～30％。針對上述不足之處，本文采用“光束中空，粉管居中，光內(nèi)送粉”的方法進行三維成形，對光內(nèi)送粉工藝進行了部分實驗研究。 分析了光內(nèi)正向同軸送粉工藝下的激光束與粉末相互作用過程，以作用區(qū)域的整體粉束為研究對象，重點討論了金屬粉末的有效利用率ε。建立粉末有效利用率的計算模型。實驗證明，光內(nèi)送粉的粉末有效利用率在一定條件下隨著送粉速率的增大而增大，達到一定程度后便下降；隨著掃描速度的增大亦出現(xiàn)如上規(guī)律。測試數(shù)據(jù)證

3、明：光內(nèi)送粉比傳統(tǒng)光外送粉的粉末利用率提高2～3倍。 利用自主研制的光內(nèi)同軸送粉噴頭進行了單層和多層堆積實驗，找出不同工藝參數(shù)與熔覆層質量之間的聯(lián)系，主要針對激光功率密度、光斑形式、送粉速率和掃描速度等工藝參數(shù)變化對成形的影響進行了實驗研究。在此基礎上進行圓柱空心薄壁件和錐形空心薄壁件的多層堆積實驗。實驗證明，與側向單粉路送粉和多粉路光外同軸送粉成形工藝相比，光內(nèi)送粉裝置實現(xiàn)了光、粉、氣一體同軸，成形過程穩(wěn)定可靠，光內(nèi)送粉噴頭的