选择性激光熔融脉冲加工工艺参数的研究

发布时间：2020-04-29 13:05

【摘要】：选择性激光熔融(Selective Laser Melting,SLM)作为增材制造技术中的一种,因可以直接成形高密度、高精度、与锻造工件性能相当的金属工件,被广泛的应用于汽车制造、航天航空等领域。关于选择性激光熔融加工参数的研究大都基于连续激光工作模式,而脉冲激光因具有输入能量便于控制、激光作用时间较短等特点,使其在选择性激光熔融加工过程中具有一定的优势,成为当前研究的热点。本文通过测量不同脉冲作用时间下激光设定功率对应的实际激光输出功率,分析了脉冲模式下激光各参数之间的关系。通过控制扫描速率选择合适的点距离,在不同脉冲作用时间和激光输出功率下,研究了加工参数对成形单熔点和单熔道的影响,为成形多层实体工件积累了重要的基础数据。分析了脉冲激光特有加工参数对多层实体工件质量的影响,通过研究不同脉冲作用时间下工件表面温度的变化情况,优化了脉冲加工工艺参数。探讨了激光开关光延迟等其它参数对成形工件质量的影响。结果表明,在脉冲模式下,激光设定功率并不总是等于激光实际的输出功率,脉冲峰值功率不能超过连续输出模式下的最大功率;当输入相同能量时,脉冲作用时间越长,单熔点和单熔道的宽度越宽,并且在成形熔道周围产生的热影响区越明显;在成形过程中,不能只关注输入能量,还应考虑脉冲作用时间产生的影响;减小脉冲作用时间,有利于提高薄壁工件的表面质量,有利于减少成形实体工件时产生的热积累。
【图文】：

示意图,示意图,选择性激光,数据处理

图 1.1 SLM 系统示意图Fig 1.1 Schematic diagram of SLM system在选择性激光熔融加工之前需要进行前期的数据处理，具体的数据处理：（1）在制图软件上设计、绘制出所需加工工件的三维模型，导出 STL件。（2）利用专业的切片软件，如 Magics，对 STL 格式的数据文件进行，获取各截面的轮廓数据。（3）利用填充软件进行添加扫描线条等处理。理好的数据导入到成形设备控制软件中。数据处理结束之后，要进行加工前的准备工作。首先为了使加工的金属粉去除其中的杂质，需要对粉末进行烘干和过筛。接着将成形缸上下移动，基板在激光的焦平面上；再将处理后的金属粉末放入粉缸中，上升粉缸，的铺粉操作，确保能在成形基板上铺上一层薄薄粉末。最后进行循环抽气成形舱内氧气浓度低于一定值，以防止成形过程中出现氧化。数据处理和工作完成后就可以进行加工成形实验了。相比于传统加工制造技术，，选择性激光熔融技术具有多方面的优点，如

设备,公司,选择性激光,熔融技术

选择性激光熔融技术至今已有几十年的历史了，自 1995 年 SLM 技术的思想被提出之后[14]，各国都对 SLM 技术的研究投入了大量的精力，并且研制了多种形式的 SLM 设备。其中包括德国的 EOS 公司、Realizer 公司、Concept Laser 公司，美国的 3D Systems 公司、Phenix 公司，瑞典的 Acram 公司，日本的 MATSUURSODICK 公司等[15-17]。德国的 EOS 公司是最早研究选择性激光熔融技术的公司之一，经过 20 多年的发展已经成为欧洲最大的 3D 打印及研发和制造的企业，所生产的 EOSM290 是世界上装机量最大的金属 3D 打印机，可成形如钛合金、铝合金、铁镍合金等各种金属材料。Realizer 公司旗下的 SLM 设备可以成形致密度接近 100%的金属工件，并且具有表面粗糙度低、尺寸精度高等各种优势，为了满足不同的需求，Realizer研制了各种型号的产品，如 SLM100、SLM250、SLM280 等。Concept Laser 公司与其他公司生产的 SLM 设备不同，它没有采用振镜扫描技术，而是使用 X、Y 数控系统带动激光头运动，这种特殊的方法就使得成形工件的尺寸不受扫描振镜的限制，可以成形尺寸较大的工件。图 1.2 为 EOS 和 Realizer 公司生产的 SLM 设备。各公司生产的设备及其特点如表 1.1 所示。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN249;TP391.73

【参考文献】