薄壁金属零件的激光3D打印过程仿真及工艺优化
发布时间：2021-06-10 01:02
激光3D打印技术是融合快速成形原理近年来发展起来的一种新型先进制造技术,由于其能够实现具有任意自由成形的复杂结构、高致密度、优异性能金属零部件的快速、无模具化、近终形制造,在航空航天、智能汽车、化工新能源等高新技术产业领域具有广泛的应用前景,对该项技术进行系统分析已成为近年来的研究热点。本文以送粉式激光3D打印技术为研究对象,以Incone1625为模型成形材料,20G钢作为基体,首先运用统一量纲法思路量化处理了影响激光3D打印质量主要的工艺参数,并通过系统的试验研究,获得了满足设定条件的最佳单道打印工艺参数激光功率P=2200W,扫描速度v=480mm/min,光斑直径d=3mm,送粉速度f=18g/min,热输入值λ=275W·S/mm。接着利用单道最佳工艺参数进行了 10层、20层、30层不同梯度的大尺寸金属薄壁件打印,通过对30层壁件系统的表征分析发现试样微观组织主要由定向外延生长的柱状树枝晶组成,且枝晶晶粒生长方向与激光束扫描方向成45°～65°生长,随着打印层数增加,其微观组织存在细小的胞状晶→胞状树枝晶→树枝晶的转变过程这符合快速凝固理论原理,并与国内外重点研究机构获得的...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．３?３Ｄ打印镍基高温合金零部件Ｗ??Ｆｉｇ?１．３?３Ｄ?Ｐｒｉｎｔｉｎｇ?ｏｆ?Ｎｉｃｋｅｌ－ｂａｓｅｄ?Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ＾６１??本文以送粉式激光３?
大连交通大学全日制专业硕士学位论文??学、利物浦大学和瑞士洛桑理工学院等具有代表性。英国诺丁汉大学ＢｉＧｕｉｊｉｍ等人设??计了一种集成有温度传感器的激光头，可以实时监测熔池温度变化，并通过实时调节输??出激光功率大小来保证熔池温度恒定，降低热积累效应，利用此技术加工成形的金属薄??Ｍｒｓ??图１．６激光３Ｄ打印技术应用实例（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ丨ＬＴ）?［ｗ】??Ｆｉｇ?１．６?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｌａｓｅｒ?３Ｄ?Ｐｒｉｎｔｉｎｇ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ?ＩＬＴ）１３〇ｌ??国内关于激光３Ｄ打印成形金属薄壁件研究起步相对较晚，现从事这方面研宄的机??构及重点院校主要有中科院金属研究所、清华大学、西北工业大学、华中科技大学、哈??尔滨工业大学、中国有色金属研究院、中科院力学所和中科院沈阳自动化研究所等。湖??南大学李力均等人采用较小的工艺参数进行激光成形，得到了壁厚最小为０．４ｍｍ的金??属薄壁件当前国内外激光３Ｄ打印成形金属薄壁件主要采用光外同轴送粉方式，??该送粉技术打印的成形件还存在很多关于性能和组织方面的问题，因此探讨和系统研究??同轴送粉方式３Ｄ打印成形薄壁件工艺对进一步提高打印件的质量具有十分重要的意义??和价值。??１．３激光３Ｄ打印技术研究进展??金属激光３Ｄ打印技术（３Ｄ?Ｐｒｉｎｔｉｎｇ），又称为金属增材制造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ?Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，??ＡＭ）技术，是以ＣＡＤ三维数字模型为立体成形框架，融合了冶金学、激光学、材料科??学、计算机科学、机械设计及其自动化等多学科知识，按照预先设置的程序轨迹，以“分??层制造、逐层叠加”的方式，通过添加粉末状、片状或
?第一章绪论???图１．８所示、送丝式金属激光３Ｄ打印技术等。其中，同轴送粉激光３Ｄ打印技术因其成??形尺??Ｌａｓｅｒ?Ｂｅａｍ??ＦｅｃｄｔｎＫ?Ｐｏｗｅｒｓ；??？－Ｌ，??／??Ｓｃａｎｎｉｎｇ?Ｄｉｒｃｃｔｗｎ??°。。。〇〇〇？〇？〇??Ｍａｒａｎｃｏｎｉ?Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ?〇?〇?＾?〇?〇?〇?〇?〇?〇??ｏｏ?ｏｌｏｏｏ?〇〇〇〇?〇〇〇〇?〇〇〇〇?〇〇〇〇?〇〇〇〇．?＼??〇〇?〇〇〇〇?ｏｏｏｏ?ｏｏｏｏ?ｏｏｏｏ?ｏｏｏｏ?〇?〇?＼，?＼??，?Ｂａ？ｃ?Ｍｅｔａｉ：?Ｋｌｅｍｅｎｔａｌ?Ｓｕｌｆｕｒ??ｌＵｉｉａ，＇?Ｊ＊ＭｎＶＳ??〇ｎｎ?＊ｒ＇?（ｓｕｌｆｕｒ?ｃｏｎｔｅｎｔ?０．０４?？ＩＶ．）??图１．７同轴送粉式金属激光３Ｄ打印原理??Ｆｉｇ?１．７?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏａｘｉａｌ?ｐｏｗｄｅｒ?ｆｅｅｄｉｎｇ?ｍｅｔａｌ?ｌａｓｅｒ?３Ｄ?ｐｒｉｎｔｉｎｇ１１０１??寸大、效率高、可利用材料范围广、成形材料性能优异等优点，在航空、航天、交通、??医疗以及能源等领域都具有广阔的应用前景１２５＿４Ｕ］。本文以同轴送粉激光３Ｄ技术为制备??方法，后文中所提到的激光３Ｄ打印技术均指“同轴送粉式”激光金属３Ｄ打印技术。??＾—．?Ｓｃａｎ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?Ａｒｇｏｎ－ｆｉｌｌｅｄ??ｘ?ｃｈａｍｂｅｒ??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??Ｂａｌｌｉｎｇ?Ｃｏ＾ｏｎ?，?ｋ?．?一?产晔紐??ｅｆｆｅｃｔ?＾?ｍ?＼?１＊?＿?Ｒａｄｉａｔｉｏｎ??Ｍｏｌｔｅｎ?ｐｏｏｔ?ｌｅｎｇＵｉ??Ｍｅｔａｌ?ｂａｓｅ?ｐｌａ
本文编号：3221693
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．３?３Ｄ打印镍基高温合金零部件Ｗ??Ｆｉｇ?１．３?３Ｄ?Ｐｒｉｎｔｉｎｇ?ｏｆ?Ｎｉｃｋｅｌ－ｂａｓｅｄ?Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ＾６１??本文以送粉式激光３?
大连交通大学全日制专业硕士学位论文??学、利物浦大学和瑞士洛桑理工学院等具有代表性。英国诺丁汉大学ＢｉＧｕｉｊｉｍ等人设??计了一种集成有温度传感器的激光头，可以实时监测熔池温度变化，并通过实时调节输??出激光功率大小来保证熔池温度恒定，降低热积累效应，利用此技术加工成形的金属薄??Ｍｒｓ??图１．６激光３Ｄ打印技术应用实例（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ丨ＬＴ）?［ｗ】??Ｆｉｇ?１．６?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｌａｓｅｒ?３Ｄ?Ｐｒｉｎｔｉｎｇ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ?ＩＬＴ）１３〇ｌ??国内关于激光３Ｄ打印成形金属薄壁件研究起步相对较晚，现从事这方面研宄的机??构及重点院校主要有中科院金属研究所、清华大学、西北工业大学、华中科技大学、哈??尔滨工业大学、中国有色金属研究院、中科院力学所和中科院沈阳自动化研究所等。湖??南大学李力均等人采用较小的工艺参数进行激光成形，得到了壁厚最小为０．４ｍｍ的金??属薄壁件当前国内外激光３Ｄ打印成形金属薄壁件主要采用光外同轴送粉方式，??该送粉技术打印的成形件还存在很多关于性能和组织方面的问题，因此探讨和系统研究??同轴送粉方式３Ｄ打印成形薄壁件工艺对进一步提高打印件的质量具有十分重要的意义??和价值。??１．３激光３Ｄ打印技术研究进展??金属激光３Ｄ打印技术（３Ｄ?Ｐｒｉｎｔｉｎｇ），又称为金属增材制造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ?Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，??ＡＭ）技术，是以ＣＡＤ三维数字模型为立体成形框架，融合了冶金学、激光学、材料科??学、计算机科学、机械设计及其自动化等多学科知识，按照预先设置的程序轨迹，以“分??层制造、逐层叠加”的方式，通过添加粉末状、片状或
?第一章绪论???图１．８所示、送丝式金属激光３Ｄ打印技术等。其中，同轴送粉激光３Ｄ打印技术因其成??形尺??Ｌａｓｅｒ?Ｂｅａｍ??ＦｅｃｄｔｎＫ?Ｐｏｗｅｒｓ；??？－Ｌ，??／??Ｓｃａｎｎｉｎｇ?Ｄｉｒｃｃｔｗｎ??°。。。〇〇〇？〇？〇??Ｍａｒａｎｃｏｎｉ?Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ?〇?〇?＾?〇?〇?〇?〇?〇?〇??ｏｏ?ｏｌｏｏｏ?〇〇〇〇?〇〇〇〇?〇〇〇〇?〇〇〇〇?〇〇〇〇．?＼??〇〇?〇〇〇〇?ｏｏｏｏ?ｏｏｏｏ?ｏｏｏｏ?ｏｏｏｏ?〇?〇?＼，?＼??，?Ｂａ？ｃ?Ｍｅｔａｉ：?Ｋｌｅｍｅｎｔａｌ?Ｓｕｌｆｕｒ??ｌＵｉｉａ，＇?Ｊ＊ＭｎＶＳ??〇ｎｎ?＊ｒ＇?（ｓｕｌｆｕｒ?ｃｏｎｔｅｎｔ?０．０４?？ＩＶ．）??图１．７同轴送粉式金属激光３Ｄ打印原理??Ｆｉｇ?１．７?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏａｘｉａｌ?ｐｏｗｄｅｒ?ｆｅｅｄｉｎｇ?ｍｅｔａｌ?ｌａｓｅｒ?３Ｄ?ｐｒｉｎｔｉｎｇ１１０１??寸大、效率高、可利用材料范围广、成形材料性能优异等优点，在航空、航天、交通、??医疗以及能源等领域都具有广阔的应用前景１２５＿４Ｕ］。本文以同轴送粉激光３Ｄ技术为制备??方法，后文中所提到的激光３Ｄ打印技术均指“同轴送粉式”激光金属３Ｄ打印技术。??＾—．?Ｓｃａｎ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?Ａｒｇｏｎ－ｆｉｌｌｅｄ??ｘ?ｃｈａｍｂｅｒ??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??Ｂａｌｌｉｎｇ?Ｃｏ＾ｏｎ?，?ｋ?．?一?产晔紐??ｅｆｆｅｃｔ?＾?ｍ?＼?１＊?＿?Ｒａｄｉａｔｉｏｎ??Ｍｏｌｔｅｎ?ｐｏｏｔ?ｌｅｎｇＵｉ??Ｍｅｔａｌ?ｂａｓｅ?ｐｌａ
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