基于选区激光熔化的拼接复合成形基础工艺研究

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选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)是增材制造领域最具发展潜力的技术之一。该技术利用高能束激光直接作用金属粉末,成形高致密度的金属零件。该方法能成形传统加工无法制造的复杂结构,在航空航天、生物医学及复杂模具等方面有广泛应用。但目前SLM成形技术在制造精度及成本控制等存在较多问题,对某些既有高制造精度、又存在个性化复杂结构的零件,仅单一传统加工或SLM成形均存在困难。为此,本文提出在机加工零件上成形个性化复杂结构,充分结合两种加工方式的优势。首先本文制定基本工艺路线并进行预实验研究,在此基础上提出实验方案。在SLM成形仓定位中,确定机加工基体、基板和CAD零件的相互空间位置关系,设计并实现了定位方式及定位误差控制。对基体SLM成形过程进行温度场仿真,研究等能量密度输入下激光功率、扫描速度对单道成形、熔池温度效应扩散的影响;提出以优化分区大小扫描的面热流方式,减少成形区面附近粘粉,研究面能量输入对面成形的温度扩散问题。在上述仿真和分析的基础上,实验研究中通过控制等线能量密度输入,解决了单道熔池不连续和有飞溅球化颗粒、面成形时球化现象严重以及面上有细小裂纹等问题。获得了激光功率和速度匹配合适时稳定的单道熔池及平整无明显裂纹的成形表面。最后在控制激光输入和扫描速度的基础上,实现了拼接实体成形。金相组织分析结果表明,成形熔池与基体有较好的冶金结合。同时提出了通过重熔实体的方法,增加结合面处熔池数量,提高结合面金属的结合能力。维式微观硬度表明,由于后加工层对前一层有热传导作用,SLM成形顶面向下硬度逐渐降低。拉伸性能实验表明,能量输入速度对结合面拉伸极限强度有着显著影响。
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