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金属悬垂特征结构件激光选区熔化成形工艺研究

吴根丽  
【摘要】:激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术作为一种最有发展前景和优势的增材制造技术,能够基于三维模型快速而精确地制造任意复杂形状的零件,解决了传统加工技术难以实现的复杂零件成形问题,为实现三维零件的自由制造提供了有力支撑。然而,SLM成形特征结构件仍面临着巨大挑战,针对悬垂特征结构,存在悬垂面粗糙、尺寸精度低等诸多缺陷,有待进一步深入研究。本文在查阅和学习大量文献的基础上,分析了悬垂特征结构件SLM成形过程中的缺陷类型。在此基础上,以Ti6A14V为实验材料,研究工艺参数对悬垂试件成形质量的影响,给出工艺优化措施,并进一步探讨了支撑结构的添加方式、悬垂特征结构类型,最后通过典型特征零件的成形试验验证了工艺优化结果的有效性,具体研究工作如下:(1)分析了基于SLM工艺加工的金属结构件的常见缺陷及其产生机理,研究了倾斜角度、扫描策略、支撑结构等多种因素对成形质量的影响,从熔池角度验证了工艺参数与成形质量之间的相互作用关系。(2)为改善悬垂面的成形质量,提出了基于“轮廓重熔”工艺的扫描策略优化方法,通过调整切层轮廓的扫描方式降低了悬垂区域的表面粗糙度,改变轮廓输入能量密度提高了悬垂面的尺寸精度。(3)研究了支撑结构工艺与成形质量的关系,从支撑结构的作用、存在缺陷和设计方式等方面阐述了复杂零件SLM成形过程中的支撑设计原则。(4)基于悬垂质量工艺优化及支撑结构设计研究,以内流道、薄壁曲面等典型金属特征结构件为试验对象,分析了SLM整体成形过程中的关键问题。


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