3D打印扫描工艺与TC4合金拉伸性能之间关系的研究

发布时间：2020-05-07 00:42

【摘要】：选区激光熔化(Selective Laser Melting SLM)是通过激光束熔化金属粉末进行成形的一种金属增材制造技术。采用这种成形工艺获得工件具有致密度高、强度大以及尺寸精确等优势,因而普遍应用于生物医疗、汽车制造以及航空航天等领域。选区激光熔化技术区别于传统的铸造、锻压等成形方式,其采用逐层累加的方式进行成形,在同一打印层内,通过熔道间“搭接”进行连接,在垂直方向相邻层间通过层间“搭接”进行连接,因此,搭接效果的好坏会直接对成形件力学性能产生影响。但是到目前为止,关于选区激光熔化技术的搭接过程与Ti-6Al-4V(TC4)成形件力学性能之间的关系并没有清晰完善的报道。为了探究SLM成形过程中搭接过程与其成形件力学性能的关系,本文研究了不同扫描间距、不同打印层厚以及不同路径规划对力学性能的影响,并从显微组织、晶粒大小、内部缺陷等角度对搭接效果与力学性能间关系进行了综合分析。取得的主要结果如下:研究了水平搭接对SLM成形TC4合金水平方向拉伸性能的影响以及原因,结果表明:当扫描间距(h)在30μm 90μm之间,随着扫描间距增大,断裂延伸率逐渐增加,抗拉强度逐渐降低,这是因为马氏体水平角度和直径以及初生β晶粒变小提升了材料塑性,此外增加扫描间距增,材料内部空洞缺陷呈现增加趋势,降低了打印件强度,特别是当扫描间距为110μm时,材料内部孔洞缺陷急剧增加,致其抗拉强度和塑性均较差。对不同打印层厚以及路径规划对垂直方向力学性能的影响进行了研究,结果显示:当打印层厚从30μm增加到50μm时,由于内部缺陷增加导致垂直方向的抗拉强度和塑性都减小。相比扫描间距,内部缺陷对打印层厚更加敏感,当打印层厚为20μm时,呈现脆性断裂。通过S型、Strip、Chess以及S正交四种路径规划比较,Chess路径规划打印件垂直方向塑性最好,断裂延伸率达到10.80%,S正交打印件强度最高,抗拉强度达到1234 MPa;Strip打印件强度和塑性居中,S型打印件呈现脆性断裂。
【图文】：

示意图,选择性激光,设备,原理

图 1-1 选择性激光熔化（SLM）设备原理示意图[15]光熔化成形钛合金的应用范围对其力学性能提出了很高的光熔化打印件力学性能的研究一直是重点和热点。从选区们可以看出，在二维平面内，水平搭接过程能够影响构件的能，Z 方向相邻打印层之间搭接过程则能够影响 Z 方向的搭接过程对选区激光熔化打印件力学性能具有重要的影响，，件具有独特的力学性能。本课题内容将重点放在 SLM 成形伸性能影响的研究，探讨搭接过程对打印件力学产生影响的搭接控制来优化打印件力学性能。激光熔化（SLM）技术研究现状选区激光熔化技术成形金属零件技术在制造业应用逐步提高压成形方式生产周期长，模具生产昂贵等难题，近年来，对发成为国内外重点和热点。由于选区激光熔化技术类似定靠熔道搭接成形的特点，造成了其打印件无论从内部组织

扫描速度,成形,横截面,样品

图 1-2 不同扫描速度下的 SLM 成形钛样品横截面[55]：a) 100 mm·s-1；b) 200 mm·s-1；c) 300mm·s-1；d) 400 mm·s-1Zhang 等人[57]为了制作最有生物性能多孔植入体，采用了控制选区激光熔化扫描间距的方法来得到多孔结构，如图 1-3 所示。所采用的打印材料为 TC4 合金粉末，系统的阐述了扫描线间距与孔洞特点以及多孔材料力学性能的关系。并得出多孔材料的抗压强度以及模量随着扫描间距的增加而减小，其杨氏模量范围在 16-85 GPa，因此能够使植入体的弹性模量接近自然骨。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23

【参考文献】