选择性激光熔化过程的状态监测方法研究

发布时间：2021-03-20 08:50

　　随着计算机技术的飞速发展,金属增材制造（3D打印/快速成型）技术基于分层制造原理,采用材料逐层累加的方法,直接将数字化模型制造为实体零件,与数控加工、铸锻造及模具制造等手段结合,成为新产品快速成型与制造的方法之一,在多个领域具有广泛的应用前景。选择性激光熔化技术作为实用意义最大的金属增材制造技术之一,目前被国内外广泛研究。选择性激光熔化成型件的精度和机械性能等问题一直阻碍该技术进一步发展,导致成型零件大多不能直接进入工程应用,更不能成为功能性部件。为了克服不利因素的影响,获得优质的成型零件,过程控制是提高选择性激光熔化成型零件精度和机械性能的本质方法,过程监测是实现过程控制的必要前提,合理有效的过程状态监测十分重要。本文综合国内外选择性激光熔化过程监测的研究现状及发展趋势,结合工艺过程发展的实际情况,采用非同轴传感器安装方式,研究了成型件中存在的欠熔化、过度熔化问题。使用过程中的声信号和近红外图像,探索深度学习方法在熔化过程监测中的应用,实现了对轨道熔化状态的有效识别,简化了熔化状态监测分析的过程和提高了识别效果。本文的主要研究内容及创新如下:（1）结合国内外选择性激光熔化过程的最新研... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：121 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１工业领域、生物医疗和航空领域的金属增材制造成型件??选择性激光熔化成型技术作为金属增材制造最具有前景的制造方法之一［５］，??主要优点有：（１）能够制造功能梯度结构、复合材料结构、晶格结构、轻量化??

１．２．１选择性激光熔化成型存在的质量问题??选择性激光熔化技术相对于与之相似的激光熔覆和电子束熔化技术具有良??好的特性，粒子间的熔融粘结在激光产生的高温下形成，如图１．３所示。选择性??激光熔化技术解决了随形内流道、镂空减重、复杂薄壁、复杂内腔、多部件集成??等复杂结构成型的问题，相比传统工业制造，可满足缩短制造周期、小批量快速??生产、降低成本等方面的要求。然而，选择性激光熔化技术过程产生的零件，需??要进一步的后处理（例如，渗透或熔化到全密度）才能投入生产使用。对于特定??材料的选择性激熔化成型的零件形状可以优化控制，结构性能与铸锻件可以媲??美，成型件的表面粗糙度一般为１５－５０／／Ｗ，相比于传统加工的表面质量还有较??大的差距，提高成型件的精度和机械性能是各个国家寻找的选择性激光熔化技术??发展方向。????Ｉ?铺粉装置??扫描镜??卜?＝金属粉末??〖Ｉ?Ｉ?｜?Ｉ?■＝零件??Ｉ?ｆ?Ｍ??制造平台?储粉仓??图１．３选择性激光熔化过程原理示意图??虽然金属激光熔化成型件采用喷砂、喷丸，或者简单手工打磨方式后获得良??好的表面光滑度

化成型件中，不可避免的会出现球化、翘曲、断裂、气孔、瘤状物和分层等几个??主要问题［２６＿２９］，这些直接导致孔隙率高、致密度低、表面粗糙度高、拉伸强度差??等工艺缺陷，从而阻碍选择性激光熔化技术的顺利开展，如图１．４所示。??？选择性激光熔化过程的稳定性和可重复性仍然是需要突破的主要障碍以ＭＷ?〇／．，??２０１５；?Ｔａｐｉａ?ａｎｄ?Ｅｌｗａｎｙ，?２０１４；?Ｅｖｅｒｔｏｎ?ｅｔ?ａＬ，?２０１６；?Ｓｐｅａｒｓ?ａｎｄ?Ｇｏｌｄ，?２０１６）??几何缺陷内应力孔隙杂质和污染物??目雛不合格率是不可接受的：?Ｍ?目前．没有任何商业??＞昂贵的材料（例如，钛粉超过１５０＃?耄纾?墸蓿壍内吩裥约す馊刍?担崳姡?户长期的加工过程（例如，＜?１０?ｃｍ３／ｈ｝?统能够在过程中自动??＞长期／昂贵的反复试验会使上市时间变长?Ｄ?检测缺陷??＞严格的质量要求（例如，航空和医疗）??图１．４选择性激光熔化成型件的问题及需要解决的问题??（１）球化??球化现象是指在选择性激光熔化程中，金属熔池表面与周边介质表面构成的??具有最小自由能体系，液态金属与周边介质的界面张力使金属液表面形状向球形??转变（图１．５）。球化会使熔化后的金属无法凝固成连续平滑的轨道


本文编号：3090721