选区激光熔化直接成型金属零件致密度的改善.pdfVIP

华 南 理 工 大 学 学 报 (自然 科 学 版 ) 第38卷 第6期 JournalofSouthChinaUniversityofTechnology VO1．38 NO．6 2010年6月 (NaturalScienceEdition) June 2010 文章编号：1000．565X(2010)06—0107-05 选区激光熔化直接成型金属零件致密度的改善木 王迪 杨永强 黄延禄 吴伟辉 (华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东 广州 510640) 摘 要：为了提高选区激光熔化 (SLM)成型金属零件的致密度 ，对激光扫描单道熔池的 形成特性进行了研究，探讨 了扫描速度、激光功率对熔池宽度的影响，发现熔池附近无粉 区宽度与熔池宽度有直接关系，并分析 了激光连续扫描粉末情况下的扫描线间搭接缺陷． 根据单道熔池的形成特性，提出采用层间错开扫描策略，该扫描策略将零件致密度提高到 近 100％，使层间与层 内的熔池搭接紧密，SLM成型件的拉伸强度、延伸率、显微维式硬度 分别达636MPa、15％一20％和250～285．实验结果表 明，层间错开扫描策略对 SLM直接 成型金属零件的致密度与力学性能有明显的改善． 关键词：激光技术；选区激光熔化；层间错开；熔池 ；致密度 中图分类号：TN249；TG665 doi：10．3969／j．issn．1000-565X．2010．06．020 随着叠层制造技术的不断进步，快速成型的研 文中首先分析了激光扫描成型单道线的特点， 究热点转移到快速制造上，包括功能零件、注塑模具 针对单道线扫描提出了采用层问错开扫描策略来成 的直接制造 等．选区激光熔化 (SLM)技术因能 型金属零件 ，然后分析零件 的力学性能、硬度与微观 够成型任意复杂的几何形状的零件而在成型复杂的 组织，最后通过直接成型316L不锈钢样品验证SLM 曲面与内部结构、小批量生产零件方面具有很大的 快速直接制造金属零件 的优势． 优势l34J，如个性化医学植入体 J、定制化义齿 J、 模具内嵌件直接成型 等．但熔化粉末过程中存在 1 实验设备 、材料与方法 的球化现象会使致密度下降，层 内层问很大的应力 SLM设备的工作原理如图1所示 ，光纤激光扩 容易导致裂纹与翘 曲变形，且扫描线之间存在孔洞 等，这都使得零件很难达到完全致密．对快速制造金 属零件致密度的研究一直是国内外的研究重点，目 前大多通过改进材料的润湿性、工艺优化、后续处理 F 等办法来提高快速成型零件的致密度．Kruth等 J 分析了熔化区域在冷却过程中容易形成球化颗粒导 致成型件致密度降低甚至成型失败 的原 因；Abe 等 研究了激光功率、扫描速度对成型件性能的影 响，发现采用选区激光熔化快速成型技术直接成型 三维实体零件，其致密度可以达到92％以上；Santos 等 u进一步研究了工艺参数对成型件微观结构、硬 度、疲劳强度等的影响，发现通过调整扫描间距和层 臣固 臣困 厚，成型件的致密度可以达到98％，显微维氏硬度 图1 选区激光熔化设备的工作原理 高于锻造制件． Fig．1 OperationprincipleofSLM equipment 收稿 日期：2009—08—1l 基金项 目：粤港关键领域重点突破项 目(2007Z1一D6091) 作者简介：王迪 (1984一)，男 ，博士生，主要从事激光加工与激光快速成型研究．E-mail：scu~