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不锈钢零件的选择性激光熔化成型规律及微观形貌研究

关凯  
【摘要】:选择性激光熔化(SLM)技术是一种融合快速原型技术与激光熔覆技术直接制造金属零件的新方法,它在小尺寸、高精度、低表面粗糙度和结构复杂的金属零件制造方面有独特的技术优势,具有很强的实用价值和广泛的应用前景,但相关基础工艺的欠缺阻碍了该技术的推广应用。针对上述问题,本文从基础的铺粉过程和单道熔覆线条开始,依次对单层的面、薄壁墙和块状实体的激光成型进行研究,获得了优化的激光熔化成型工艺参数。 本文系统研究了激光能量密度、激光功率、扫描速度、铺粉层厚、搭接率等对SLM技术制件质量的影响。结果表明,激光能量密度是影响SLM制件成型质量最主要的影响因素。当激光能量密度低于2.7J/mm2这一临界值时,熔覆线条无法成型。通过提高激光功率增加能量密度的方式提升成型质量的效果比采用降低扫描速度增加能量密度的方式更显著。 选择性激光熔化时,熔覆层的熔高、熔宽和稀释率与激光加工工艺参数息息相关,其中稀释率的大小可用于定量分析熔覆线条的成型质量。研究结果表明,当稀释率大于50%时可获得无缺陷的熔覆线条,而稀释率大于20%时可获得低缺陷的熔覆线条。此外,本文还采用样本方差分析方法研究了单层结构和薄壁墙零件的表面质量与工艺参数的关系,并根据单层结构对实体成型的影响优化了实体成型的工艺参数。 最后,以0.2mm的铺粉层厚、150W的激光功率、24m/min的扫描速度、33%的搭接率成型实体零件,其显微硬度分布较均匀,成型前后粉末材料物相基本无变化。


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