选择性激光熔化中悬臂结构成形工艺研究
发布时间：2021-05-11 07:15
选择性激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）是近年迅速发展起来的一种增材制造技术,它能够直接成形具有复杂结构且致密度超过99%的金属工件,具有广泛的应用前景。在SLM加工过程中,由于存在剧烈的温度梯度变化,容易产生残余应力的累积,导致工件在打印过程中产生翘曲和变形。特别是加工具有悬臂结构的工件时,通常需要添加足够的临时支撑来保证悬臂结构的加工成形,但临时支撑的打印增加了制造成本,而且复杂工件内部的支撑难以去除,限制了这项技术的实用性与适用性。本文首先研究了扫描速度、激光功率、扫描间距对于熔道成形质量的影响,分析了在低扫描速度和低功率的参数下熔道出现类似于Plateau-Rayleigh不稳态的原因,并依据这一现象提出了加工过程中存在类似于晶体生长的假设;之后依据晶体生长假设,首次发现了一种能够在粉床上直接成形的水平枝状结构,并研究了这种结构的成形原理和特性;最后研究了在水平枝状结构上成形悬臂结构的加工参数,并对SLM悬臂结构的加工工艺进行了优化。实验结果表明,在粉床上直接成形会产生严重飞溅现象,对此,本文采用了离焦高斯型激光光束、增大加工光斑的方法,这种方法...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 选择性激光熔化成形的研究现状
1.3 选择性激光熔化成形悬臂结构的研究现状
1.4 研究目的及主要研究内容
第二章 实验设备及实验材料
2.1 实验设备
2.1.1 计算机控制系统
2.1.2 激光器及相应光路系统
2.1.3 保护气循环系统
2.2 实验材料
2.3 测试设备
第三章 选择性激光熔化熔道成形研究
3.1 SLM技术的成形原理
3.2 实验设计
3.3 熔道成形结果分析
3.4 基于熔道成形现象的晶体生长假设
3.5 本章小结
第四章 粉床上直接成形水平枝状结构研究
4.1 粉床上飞溅现象的影响和控制
4.1.1 飞溅现象
4.1.2 飞溅现象成因和目前的研究进展
4.1.3 通过增大激光光斑减小粉床上打印时产生的飞溅现象
4.2 类似于晶体生长假设的验证
4.3 水平枝状结构的研究
4.3.1 不同扫描间距对成形效果的影响
4.3.2 其它加工参数和激光光斑半径对成形效果的影响
4.3.3 成形水平枝状结构的稳定性实验
4.3.4 水平枝状结构的纵向生长性研究
4.3.5 水平枝状结构的横向生长性研究
4.3.6 加工参数对不同宽度水平枝状结构的影响
4.4 本章小结
第五章 悬臂结构直接成形研究
5.1 悬臂结构简介
5.2 残余应力累积对结构成形的影响
5.3 水平悬臂结构的直接成形研究
5.4 水平封闭腔结构成形
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]SLM增材制造工件的正态分布支撑设计[J]. 张小川,康进武,段国庆,冯涛,融亦鸣. 热加工工艺. 2019(15)
[2]基于固有应变法的激光选区熔化成形变形趋势预测[J]. 倪辰旖,张长东,刘婷婷,廖文和. 中国激光. 2018(07)
[3]分区扫描路径规划及其对SLM成型件残余应力分布的影响[J]. 邓诗诗,杨永强,李阳,王迪,王安民,宋长辉. 中国激光. 2016(12)
[4]3D打印技术在美国装备研制中的应用[J]. 于霞,孙伶俐,张菽. 国防制造技术. 2016(01)
[5]增材制造的研究现状与发展趋势[J]. 王红军. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2014(03)
[6]基于选区激光熔化快速成型的自由设计与制造进展[J]. 宋长辉,杨永强,叶梓恒,王迪. 激光与光电子学进展. 2013(08)
[7]增材制造:实现宏微结构一体化制造[J]. 李涤尘,贺健康,田小永,刘亚雄,张安峰,连芩,靳忠民,卢秉恒. 机械工程学报. 2013(06)
[8]316L不锈钢选区激光熔化成型非水平悬垂面研究[J]. 杨永强,卢建斌,王迪,罗子艺. 材料科学与工艺. 2011(06)
[9]金属零件选区激光熔化直接成型技术研究进展(邀请论文)[J]. 杨永强,王迪,吴伟辉. 中国激光. 2011(06)
[10]FGM零件快速原型制造中支撑自动生成模块设计[J]. 王素,胡海欧,刘恒,朱心雄. 北京航空航天大学学报. 2011(03)
硕士论文
[1]激光选区熔化成形GH4169残余应力和变形研究[D]. 程勇.华中科技大学 2019
[2]选择性激光熔融脉冲加工工艺参数的研究[D]. 张俊.合肥工业大学 2019
[3]选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究[D]. 李雅莉.南京航空航天大学 2015
本文编号：3180980
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 选择性激光熔化成形的研究现状
1.3 选择性激光熔化成形悬臂结构的研究现状
1.4 研究目的及主要研究内容
第二章 实验设备及实验材料
2.1 实验设备
2.1.1 计算机控制系统
2.1.2 激光器及相应光路系统
2.1.3 保护气循环系统
2.2 实验材料
2.3 测试设备
第三章 选择性激光熔化熔道成形研究
3.1 SLM技术的成形原理
3.2 实验设计
3.3 熔道成形结果分析
3.4 基于熔道成形现象的晶体生长假设
3.5 本章小结
第四章 粉床上直接成形水平枝状结构研究
4.1 粉床上飞溅现象的影响和控制
4.1.1 飞溅现象
4.1.2 飞溅现象成因和目前的研究进展
4.1.3 通过增大激光光斑减小粉床上打印时产生的飞溅现象
4.2 类似于晶体生长假设的验证
4.3 水平枝状结构的研究
4.3.1 不同扫描间距对成形效果的影响
4.3.2 其它加工参数和激光光斑半径对成形效果的影响
4.3.3 成形水平枝状结构的稳定性实验
4.3.4 水平枝状结构的纵向生长性研究
4.3.5 水平枝状结构的横向生长性研究
4.3.6 加工参数对不同宽度水平枝状结构的影响
4.4 本章小结
第五章 悬臂结构直接成形研究
5.1 悬臂结构简介
5.2 残余应力累积对结构成形的影响
5.3 水平悬臂结构的直接成形研究
5.4 水平封闭腔结构成形
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]SLM增材制造工件的正态分布支撑设计[J]. 张小川,康进武,段国庆,冯涛,融亦鸣. 热加工工艺. 2019(15)
[2]基于固有应变法的激光选区熔化成形变形趋势预测[J]. 倪辰旖,张长东,刘婷婷,廖文和. 中国激光. 2018(07)
[3]分区扫描路径规划及其对SLM成型件残余应力分布的影响[J]. 邓诗诗,杨永强,李阳,王迪,王安民,宋长辉. 中国激光. 2016(12)
[4]3D打印技术在美国装备研制中的应用[J]. 于霞,孙伶俐,张菽. 国防制造技术. 2016(01)
[5]增材制造的研究现状与发展趋势[J]. 王红军. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2014(03)
[6]基于选区激光熔化快速成型的自由设计与制造进展[J]. 宋长辉,杨永强,叶梓恒,王迪. 激光与光电子学进展. 2013(08)
[7]增材制造:实现宏微结构一体化制造[J]. 李涤尘,贺健康,田小永,刘亚雄,张安峰,连芩,靳忠民,卢秉恒. 机械工程学报. 2013(06)
[8]316L不锈钢选区激光熔化成型非水平悬垂面研究[J]. 杨永强,卢建斌,王迪,罗子艺. 材料科学与工艺. 2011(06)
[9]金属零件选区激光熔化直接成型技术研究进展(邀请论文)[J]. 杨永强,王迪,吴伟辉. 中国激光. 2011(06)
[10]FGM零件快速原型制造中支撑自动生成模块设计[J]. 王素,胡海欧,刘恒,朱心雄. 北京航空航天大学学报. 2011(03)
硕士论文
[1]激光选区熔化成形GH4169残余应力和变形研究[D]. 程勇.华中科技大学 2019
[2]选择性激光熔融脉冲加工工艺参数的研究[D]. 张俊.合肥工业大学 2019
[3]选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究[D]. 李雅莉.南京航空航天大学 2015
本文编号：3180980
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3180980.html
