選擇性激光熔化金屬零件翹曲變形的研究.pdf

1、選擇性激光熔化技術(shù)(Selective Laser Melting，SLM)能將金屬粉末直接成型為復(fù)雜的金屬零件，是增材制造（Additive Manufacturing，AM）領(lǐng)域最具發(fā)展前景的技術(shù)之一。SLM加工中金屬材料在高能量激光束作用下快速熔化和凝固，造成零件內(nèi)部溫度梯度大、殘余應(yīng)力水平高且易發(fā)生翹曲變形，而殘余應(yīng)力和翹曲變形會影響SLM零件的機械性能、尺寸精度和應(yīng)用范圍。因此，研究SLM零件成型過程中的翹曲變形對于獲得良好的

2、成型質(zhì)量以及SLM工藝的改善具有重要意義。
　　本文選擇SLM加工中基于支撐成型的懸垂結(jié)構(gòu)為研究對象，對其在成型過程中的翹曲變形進行研究，研究內(nèi)容主要有以下幾個方面:
　　(1) SLM零件成型過程的問題分析和歸納。從分層離散的角度，具有不同傾斜角度的零件和結(jié)構(gòu)，可認(rèn)為由無數(shù)長度不同的水平分布的長條結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而對水平分布的長條零件開展研究是控制不同傾斜角度零件翹曲變形的基礎(chǔ)。
　　(2)不同重熔方式、外置結(jié)構(gòu)和支撐類型

3、影響下長條零件翹曲變形的實驗研究。對于長條零件兩端高度方向的位移，等截面局部重熔可將其減小為正常成型的60％-80％;非等截面局部重熔可將其減小為正常成型的10％-40％;外置輔助結(jié)構(gòu)可完全抑制零件兩端在高度方向的位移。
　　(3)基于溫度場和熱彈性基本理論，建立了SLM成型翹曲變形的有限元模型。在不同重熔形式影響下，利用仿真模型分析了單側(cè)固定和兩端自由懸垂結(jié)構(gòu)翹曲變形的內(nèi)在機理，研究了長條零件在SLM加工及去除支撐過程中翹曲變形

4、和應(yīng)力場的演變情況。
　　(4)基于實驗和仿真結(jié)果，提出了減小基于支撐成型懸垂結(jié)構(gòu)翹曲變形的新方法。成型高度在0.5mm內(nèi)，采用外置結(jié)構(gòu)來補償其在長度方向的收縮;成型高度超過0.5mm后，采用不同的重熔成型方式來降低零件的翹曲變形。綜合搭配重熔形式、外置結(jié)構(gòu)、支撐類型和熱處理能夠使零件的翹曲變形降到最低。
　　綜上所述，本文對SLM成型問題進行分析，提出長度不同的水平分布長條結(jié)構(gòu)是構(gòu)成SLM零件的基本要素，通過SLM成型實驗