金屬粉末直接激光燒結(jié)致密化理論及其驗證.pdf

1、選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering，SLS)技術(shù)是20世紀80年代后期發(fā)展起來的一種新型快速成形(RapidPrototyping，RP)技術(shù)，它是材料、計算機和激光等學(xué)科的高度技術(shù)集成。作為SLS技術(shù)的一個重要分支，直接金屬粉末激光燒結(jié)(Direct Metal Laser Sintering，DMLS)技術(shù)能直接制造任意幾何形狀的金屬零件，受到日益廣泛的重視。 新興的DMLS技術(shù)尚處在不斷發(fā)展

2、和完善的過程之中，其燒結(jié)的物理過程及燒結(jié)致密化機理仍不明了，不同金屬粉末體系的激光燒結(jié)工藝參數(shù)仍需摸索，專用粉末的研制與開發(fā)還有待突破。因此，建立金屬粉末直接激光燒結(jié)過程的數(shù)學(xué)、物理模型，定量研究DMLS燒結(jié)致密化過程中的燒結(jié)行為和組織結(jié)構(gòu)變化，成為粉末冶金科學(xué)與工程研究中的重要內(nèi)容之一。 本文深入研究了DMLS中金屬熔液的物理行為，通過建立燒結(jié)過程的物理模型，形成DMLS致密化理論，數(shù)值模擬和實驗結(jié)果與理論預(yù)測較好地吻合。所完

3、成工作主要有： (1)、基于金屬粉末與激光的相互作用，建立了DMLS的“熔化÷球化－攤鋪÷收縮”模型；根據(jù)熔體鋪展與收縮運動的競爭，提出DMLS致密化判據(jù)：“Ca”數(shù)[Ca=(υ/σ)·V<,r>，υ]為金屬熔液粘度，σ為金屬熔液表面張力，V<,r>為金屬熔膜收縮速度)，將激光類型、工藝參數(shù)和粉末物性三者互相耦合起來。只有當三者相互協(xié)調(diào)，確保Ca滿足判據(jù)時，才能得到較為理想的燒結(jié)致密化結(jié)果。在此基礎(chǔ)上形成DMLS致密化理論，并得

4、到DMLS的P-V(激光功率-掃描速度)相圖。 (2)、實驗表征了幾種DMLS常用金屬粉末物性，用DMLS致密化理論預(yù)測了它們的燒結(jié)結(jié)果。實驗驗證了添加劑的加入能夠改善DMLS致密度。并運用ANSYS軟件研究了DMLS過程中鋪粉厚度、光斑直徑和激光功率等參數(shù)對溫度場的影響，模擬結(jié)果與P-V相圖較好地吻合，驗證了DMLS致密化理論的有效性。 (3)、根據(jù)提出的致密化理論，實驗研究了316不銹鋼粉和Fe<70>Cu<30>水