基于脉冲激光的Inconel718粉末分层沉积微结构工艺
发布时间：2023-04-23 14:28
基于脉冲激光的金属分层沉积制造是目前3D打印技术的研究热点和前沿问题。该技术主要是将三维实体进行切片化处理,得到若干个二维平面,行业内称之为“降维处理”,通过激光热源逐层熔化堆叠成型目标实体。相对于传统加工方式而言,该工艺不但加工简单,精确度有一定保证,还极大的缩短了生产周期,具有巨大的市场潜力,已经在航空、医疗、汽车等相关领域有了广泛的应用。目前,基于脉冲激光的金属结构分层沉积技术主要以选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺为主,其理论及工艺研究日趋完善。但是,SLM工艺通常需要高规格高成本的设备及其专用熔融粉末,工艺成本偏高制约了其在民用工业的大范围使用。本文提出了一种低成本的金属结构分层沉积方法,利用激光点焊机的激光光源,以及国产金属粉末,精确控制熔融层厚度,采用分层制造原理进行金属微结构的直接成形,称之为准SLM。在保证成形质量的前提下,大幅度的降低制造成本。首先,深入分析了脉冲激光成形Inconel718合金粉末的工艺原理,利用ANSYS仿真软件对该工艺过程建立了物理模型,并研究分析了分层厚度、激光功率、激光移动速度与合金粉末内部温度场之间...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题基金
1.2 课题研究的背景及意义
1.3 选区激光熔化工艺的概述
1.3.1 选区激光熔化工艺的优势
1.3.2 选区激光熔化工艺存在的问题
1.3.3 脉冲激光成形工艺
1.4 选区激光熔化技术的发展现状
1.4.1 选区激光熔化技术的国外发展现状
1.4.2 选区激光熔化技术的国内发展现状
1.4.3 选区激光熔化工艺装备的发展及现状
1.5 表面织构的研究现状
1.6 研究内容
第2章 实验材料与设备
2.1 实验材料
2.2 实验设备介绍
2.2.1 成型设备
2.2.2 分层控制单元
2.2.3 检测及辅助设备
2.3 成型样件处理方法简介
第3章 脉冲激光熔化分层沉积温度场数值模拟
3.1 单元类型的选择
3.2 材料的热物性参数
3.3 边界条件与初始条件
3.4 移动热源的加载
3.4.1 单道激光能量输入模型
3.4.2 高斯热源
3.5 仿真模型的建立
3.6 仿真结果与分析
3.6.1 激光功率与粉厚的选择
3.6.2 热源移动速度的选择
3.7 本章小结
第4章 脉冲激光金属分层沉积工艺研究
4.1 单层单道的工艺研究
4.1.1 扫描速度对单熔道成形的影响
4.1.2 激光频率对单熔道成形的影响
4.1.3 脉冲宽度对单熔道成形的影响
4.1.4 峰值电流对单熔道成形的影响
4.1.5 分层厚度对单熔道成形的影响
4.2 单层多道的工艺研究
4.2.1 理论分析
4.2.2 搭接率的选择
4.2.3 扫描策略的选择
4.3 多层熔道的工艺研究
4.4 本章小结
第5章 织构化表面应用研究
5.1 表面织构
5.2 关于表面织构摩擦学性能仿真分析
5.2.1 实验条件
5.2.2 仿真建模
5.2.3 仿真结果分析
5.3 织构制备
5.3.1 实验材料与设备
5.3.2 工艺参数对微织构形貌的影响
5.3.3 工艺参数对微织构单元间距的影响
5.4 表面织构的摩擦学性能实验
5.4.1 性能表征
5.4.2 结果与讨论
5.4.3 作用机制分析
5.5 本章小结
第6章 典型工艺应用研究
6.1 倾角构件成形
6.1.1 理论分析
6.1.2 倾角特征设计
6.1.3 倾角特征成形与质量分析
6.2 变密度网格构件成形
6.2.1 理论分析
6.2.2 方形网格成形
6.2.3 异形网格成形
6.3 蜂窝构件成形
6.4 实体试件性能分析
6.4.1 实体硬度分析
6.4.2 实体金相组织分析
6.4.3 实体致密度检测
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢
本文编号：3799895
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题基金
1.2 课题研究的背景及意义
1.3 选区激光熔化工艺的概述
1.3.1 选区激光熔化工艺的优势
1.3.2 选区激光熔化工艺存在的问题
1.3.3 脉冲激光成形工艺
1.4 选区激光熔化技术的发展现状
1.4.1 选区激光熔化技术的国外发展现状
1.4.2 选区激光熔化技术的国内发展现状
1.4.3 选区激光熔化工艺装备的发展及现状
1.5 表面织构的研究现状
1.6 研究内容
第2章 实验材料与设备
2.1 实验材料
2.2 实验设备介绍
2.2.1 成型设备
2.2.2 分层控制单元
2.2.3 检测及辅助设备
2.3 成型样件处理方法简介
第3章 脉冲激光熔化分层沉积温度场数值模拟
3.1 单元类型的选择
3.2 材料的热物性参数
3.3 边界条件与初始条件
3.4 移动热源的加载
3.4.1 单道激光能量输入模型
3.4.2 高斯热源
3.5 仿真模型的建立
3.6 仿真结果与分析
3.6.1 激光功率与粉厚的选择
3.6.2 热源移动速度的选择
3.7 本章小结
第4章 脉冲激光金属分层沉积工艺研究
4.1 单层单道的工艺研究
4.1.1 扫描速度对单熔道成形的影响
4.1.2 激光频率对单熔道成形的影响
4.1.3 脉冲宽度对单熔道成形的影响
4.1.4 峰值电流对单熔道成形的影响
4.1.5 分层厚度对单熔道成形的影响
4.2 单层多道的工艺研究
4.2.1 理论分析
4.2.2 搭接率的选择
4.2.3 扫描策略的选择
4.3 多层熔道的工艺研究
4.4 本章小结
第5章 织构化表面应用研究
5.1 表面织构
5.2 关于表面织构摩擦学性能仿真分析
5.2.1 实验条件
5.2.2 仿真建模
5.2.3 仿真结果分析
5.3 织构制备
5.3.1 实验材料与设备
5.3.2 工艺参数对微织构形貌的影响
5.3.3 工艺参数对微织构单元间距的影响
5.4 表面织构的摩擦学性能实验
5.4.1 性能表征
5.4.2 结果与讨论
5.4.3 作用机制分析
5.5 本章小结
第6章 典型工艺应用研究
6.1 倾角构件成形
6.1.1 理论分析
6.1.2 倾角特征设计
6.1.3 倾角特征成形与质量分析
6.2 变密度网格构件成形
6.2.1 理论分析
6.2.2 方形网格成形
6.2.3 异形网格成形
6.3 蜂窝构件成形
6.4 实体试件性能分析
6.4.1 实体硬度分析
6.4.2 实体金相组织分析
6.4.3 实体致密度检测
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢
本文编号：3799895
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