選擇性激光熔化金屬零件翹曲變形的研究.pdf

1、選擇性激光熔化技術(shù)(Selective Laser Melting，SLM)能將金屬粉末直接成型為復(fù)雜的金屬零件，是增材制造（Additive Manufacturing，AM）領(lǐng)域最具發(fā)展前景的技術(shù)之一。SLM加工中金屬材料在高能量激光束作用下快速熔化和凝固，造成零件內(nèi)部溫度梯度大、殘余應(yīng)力水平高且易發(fā)生翹曲變形，而殘余應(yīng)力和翹曲變形會(huì)影響SLM零件的機(jī)械性能、尺寸精度和應(yīng)用范圍。因此，研究SLM零件成型過(guò)程中的翹曲變形對(duì)于獲得良好的

2、成型質(zhì)量以及SLM工藝的改善具有重要意義。
　　本文選擇SLM加工中基于支撐成型的懸垂結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)其在成型過(guò)程中的翹曲變形進(jìn)行研究，研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面:
　　(1) SLM零件成型過(guò)程的問(wèn)題分析和歸納。從分層離散的角度，具有不同傾斜角度的零件和結(jié)構(gòu)，可認(rèn)為由無(wú)數(shù)長(zhǎng)度不同的水平分布的長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而對(duì)水平分布的長(zhǎng)條零件開(kāi)展研究是控制不同傾斜角度零件翹曲變形的基礎(chǔ)。
　　(2)不同重熔方式、外置結(jié)構(gòu)和支撐類型

3、影響下長(zhǎng)條零件翹曲變形的實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)于長(zhǎng)條零件兩端高度方向的位移，等截面局部重熔可將其減小為正常成型的60％-80％;非等截面局部重熔可將其減小為正常成型的10％-40％;外置輔助結(jié)構(gòu)可完全抑制零件兩端在高度方向的位移。
　　(3)基于溫度場(chǎng)和熱彈性基本理論，建立了SLM成型翹曲變形的有限元模型。在不同重熔形式影響下，利用仿真模型分析了單側(cè)固定和兩端自由懸垂結(jié)構(gòu)翹曲變形的內(nèi)在機(jī)理，研究了長(zhǎng)條零件在SLM加工及去除支撐過(guò)程中翹曲變形

4、和應(yīng)力場(chǎng)的演變情況。
　　(4)基于實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果，提出了減小基于支撐成型懸垂結(jié)構(gòu)翹曲變形的新方法。成型高度在0.5mm內(nèi)，采用外置結(jié)構(gòu)來(lái)補(bǔ)償其在長(zhǎng)度方向的收縮;成型高度超過(guò)0.5mm后，采用不同的重熔成型方式來(lái)降低零件的翹曲變形。綜合搭配重熔形式、外置結(jié)構(gòu)、支撐類型和熱處理能夠使零件的翹曲變形降到最低。
　　綜上所述，本文對(duì)SLM成型問(wèn)題進(jìn)行分析，提出長(zhǎng)度不同的水平分布長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)是構(gòu)成SLM零件的基本要素，通過(guò)SLM成型實(shí)驗(yàn)