金属选区激光熔化系统设计及成型工艺研究

发布时间：2017-03-18 17:06

  本文关键词：金属选区激光熔化系统设计及成型工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：选区激光熔化成型(Selective laser melting, SLM)是在选区激光烧结成型(Selective laser sintering, SLS)基础上发展起来的直接利用金属粉末成型金属零件的快速成型方法。SLM技术不仅具备SLS技术成型时的灵活性，与SLS相比，在成型金属粉末时，SLM可以直接获得冶金结合、组织致密同时又具有高尺寸精度的金属制件，免去了SLS成型后再进行低熔点金属浸渗的后处理过程，在成型金属制件中具有明显的优势。虽然SLM成型在材料选择、设计自由性以及研发成本控制等方面具有很大的竞争优势，，但由于其加工时的对设备要求较高以及关键技术的不稳定性，还没有被大规模推广与应用。针对SLM成型的研究还停留在工艺实验、应用领域探索和设备硬件开发的阶段，对其中涉及的设备结构、工艺控制与优化、不同材料的成型机理等还有待深入探讨。针对上述问题，本文主要从成型设备以及成型工艺两个主要方面对SLM技术进行研究。 SLM成型设备是研究开展的基础。根据市场现有SLM资料，自行设计了一套SLM成型设备。针对现有SLM设备铺送粉结构的不足进行了优化改进，采用粉盒式铺送粉结构，将原本需要两套运动机构完成的两个动作整合为一个动作，送粉过程的同时完成铺平。同时对振镜的扫描精度、Z轴的运动精度以及成型室的保护效果进行了测试，结果显示设备的扫描精度在50μm以内，Z轴的升降误差在10μm以内，运动精度完全能够达到成型要求，成型的保护效果也能够满足成型加工的需要。 在所设计SLM设备的基础上，选用316L不锈钢金属粉末对成型工艺进行研究。首先对单道熔道成型进行研究，以确定一个较为合理的加工窗口范围。在单道成型加工窗口的基础上，设计一组正交试验，并对正交试验所得成型面的表面形貌以及表面粗糙度进行分析测试，通过分析正交试验中各个因素对成型表面质量的影响，优化得出较为合适的加工参数。在此基础上对金属粉末进行多层成型，得到规则致密的成型制件。对制件进行显微硬度测试，结果显示所得制件的硬度值较高平均约为370HV，远高于普通的316L不锈钢制件。
【关键词】：选区激光熔化 铺送粉结构 正交试验 表面粗糙度 显微硬度
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG665
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 引言9-10
• 1.2 直接金属快速制造技术10-12
• 1.2.1 典型直接金属快速制造方法10-11
• 1.2.2 SLM技术的研究意义11-12
• 1.3 SLM技术研究现状12-19
• 1.3.1 SLM设备研究现状12-15
• 1.3.2 SLM技术工艺研究现状15-19
• 1.4 本课题拟研究的主要内容19-21
• 第2章 SLM设备总体方案设计21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 SLM设备设计方案21-29
• 2.2.1 激光器的选择21-22
• 2.2.2 扫描光路22-24
• 2.2.3 SLM设备铺粉结构24-25
• 2.2.4 SLM设备送粉结构25-26
• 2.2.5 铺送粉结构的优化26-28
• 2.2.6 运动控制系统及成型软件28-29
• 2.3 设备性能测试29-32
• 2.3.1 铺送粉及成型效果29-30
• 2.3.2 成型室保护效果30-31
• 2.3.3 扫描及运动精度31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 SLM金属粉末成型机理33-39
• 3.1 金属粉末熔化成型基本过程33
• 3.2 金属粉末对能量的吸收33-36
• 3.3 粉末在激光作用下的传热36-37
• 3.4 多道多层成型能量输入条件37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 SLM成型工艺研究39-61
• 4.1 实验设备39-41
• 4.2 实验材料41-42
• 4.3 单道成型实验42-46
• 4.4 多道成型实验46-56
• 4.4.1 成型过程中的烟雾问题46-47
• 4.4.2 正交试验47-49
• 4.4.3 成型形貌分析49-50
• 4.4.4 实验结果分析50-56
• 4.5 多层成型实验56-60
• 4.5.1 扫描策略56-57
• 4.5.2 多层成型实验57-59
• 4.5.3 显微硬度测试59-60
• 4.6 本章小结60-61
• 总结与展望61-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间的科研成果67-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邓琦林,李延明,冯莉萍,黄卫东;激光近形制造技术[J];电加工;1999年06期

2 魏青松;王黎;张升;赵晓;史玉升;;粉末特性对选择性激光熔化成形不锈钢零件性能的影响研究[J];电加工与模具;2011年04期

3 王文峰;白培康;;金属粉末激光烧结快速成型技术的研究[J];工具技术;2007年11期

4 史玉升;黄树槐;蔡道生;张李超;刘洁;沈其文;;基于粉末材料快速成形的复杂零件和模具制造技术[J];航空制造技术;2006年04期

5 张海鸥;王超;胡帮友;蒋疆;邹海平;王桂兰;;金属零件直接快速制造技术及发展趋势[J];航空制造技术;2010年08期

6 沈以赴,顾冬冬,陈文华,杨家林,王洋;CuSn预合金对金属粉末选区激光烧结过程及烧结体质量的影响[J];航空学报;2005年06期

7 吴峥强;来克娴;;金属零件选区激光熔化快速成型技术的现状及发展[J];红外与激光工程;2006年S3期

8 尚晓峰;韩冬雪;于福鑫;;金属粉末激光快速成形技术及发展现状[J];机电产品开发与创新;2010年05期

9 来克娴;杨永强;张林华;;光纤激光器及其在选区激光熔化快速原型制造中的应用[J];激光与光电子学进展;2006年03期

10 张冬云;王瑞泽;赵建哲;左铁钏;;激光直接制造金属零件技术的最新进展[J];中国激光;2010年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 鲁中良;不锈钢粉末选择性激光烧结/等静压复合成形技术研究[D];华中科技大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 杨毅;激光直接快速成形金属零件的机理及工艺研究[D];南华大学;2006年

2 孙大庆;金属粉末选区激光熔化实验研究[D];北京工业大学;2007年

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本文编号：254757