成分梯度材料零件的激光选区熔化成型

发布时间：2021-03-29 05:11

　　为解决复杂结构金属梯度材料零件制造技术的难题,对成分梯度材料零件的激光选区熔化成型方法展开了研究。通过零件梯度设计法结合多组扫描路径数据文件及一个txt格式文件,实现了成分梯度材料零件增材制造数据的获取;通过双轴摆动的粉末实时混合均布装置实现了梯度成分粉末的实时混合及均布;采用柔性清扫回收原理解决激光选区熔化制造梯度材料零件时同层内不同粉末的清理回收问题。利用自主研发的梯度材料零件激光选区熔化成型系统展开了实验验证。获得了4340+CuSn10梯度材料零件,颜色上呈明显的梯度过渡,对其前侧面及上表面进行EDS分析,发现中间3个梯度区域Fe的平均质量百分比在垂直方向分别为4.94%,36.49%,59.16%,在水平方向分别为12.88%,41%,53.59%,在不同层之间、同一层不同区域之间均呈梯度变化。该方法可实现成分梯度材料零件自由增材制造,为该类零件的制造提供了新的选择。 

【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

粉末实时混合均布装置(拆去气密外罩)

根据上述成分分布函数,可将整个成分梯度材料零件的几何结构分解为有限个几何子模型的并集,利用几何子模型各区域材料的体分比加权平均值作为其材料信息,将它离散化为n个具有材料属性的子模型的装配体,用于控制成型。如图1所示,在采用三维设计软件进行零件结构设计时,根据其组成成分的变化,以轴线为梯度源,将三维结构设计成5个子材料三维模型,通过组装各子材料三维模型,获得一个完整的成分梯度材料零件的三维模型。2.2 增材制造数据的获取方法

对成分梯度材料零件的三维模型进行数据处理,将梯度材料零件的几何结构特征与材料特征组合,建立几何子模型到材料信息空间的映射关系,获取其增材制造数据,如图2所示。先记录梯度材料零件三维模型中各子材料三维模型的中心坐标,在切片软件中打开各子材料三维模型,通过移位使各子材料三维模型的中心坐标与它在梯度材料零件三维模型中的中心坐标一致,完成模型数据的移位处理;然后可对各子材料三维模型进行切片处理,获得各子材料三维模型的CLI(Common Layer Interface)数据文件。对CLI文件进行扫描路径规划,并生成激光扫描路径,每一CLI文件对应生成一组扫描路径,一组扫描路径可由m个HPGL (Hewlett-Packard Graphics Language)文件组成(m为对应CLI切片文件的层数),每个HPGL文件用于描述对应子材料模型一个层片的扫描路径。由于零件为梯度材料零件,不同部位材料的组成成分不同,因此,针对所有子材料三维模型创建一个txt格式的材料文件,在该文件中添加以Mat作为起始字符的材料信息,每组扫描路径对应一行材料信息。采用两个定量供粉漏斗供给粉末,通过一根带槽的辊轴的旋转实现粉末供给,每旋转一圈,即泄出定量容积的粉末,该定量容积可称为基础容积。例如“Mat02 1∶3”,表示02子模型采用的材料成分是由1倍基础容积的材料A和3倍基础容积的材料B混合而成。因此,如图1 中的成分梯度材料零件的材料文件,可先建立5种材料编号:Mat01为100%A,Mat02为75%A+25%B,Mat03为50%A+50%B,Mat04为25%A+75%B,Mat05为100%B。再建立一个Mat.txt的文件,在文件中写入如下表达:Mat01 4∶0;Mat02 3∶1;Mat03 2∶2;Mat04 1∶3;Mat05 0∶4。

【参考文献】：
期刊论文
[1]激光选区熔化自由制造异质材料零件[J]. 吴伟辉,杨永强,毛桂生,王迪,宋长辉.  光学精密工程. 2019(03)
[2]金属零件激光选区熔化技术的现状及进展[J]. 杨永强,陈杰,宋长辉,王迪,白玉超.  激光与光电子学进展. 2018(01)
[3]梯度结构金属材料研究进展[J]. 李毅.  中国材料进展. 2016(09)
[4]激光快速成形316L不锈钢/镍基合金/Ti6A14V梯度材料[J]. 席明哲,张永忠,涂义,石力开,金具涛.  金属学报. 2008(07)

硕士论文
[1]梯度功能材料零件CAD建模和熔积路径规划研究[D]. 陈晔.华中科技大学 2008



本文编号：3106965