【摘要】：選擇性激光熔融(Selective Laser Melting,SLM)作為增材制造技術(shù)中的一種,因可以直接成形高密度、高精度、與鍛造工件性能相當(dāng)?shù)慕饘俟ぜ?被廣泛的應(yīng)用于汽車制造、航天航空等領(lǐng)域。關(guān)于選擇性激光熔融加工參數(shù)的研究大都基于連續(xù)激光工作模式,而脈沖激光因具有輸入能量便于控制、激光作用時間較短等特點(diǎn),使其在選擇性激光熔融加工過程中具有一定的優(yōu)勢,成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文通過測量不同脈沖作用時間下激光設(shè)定功率對應(yīng)的實(shí)際激光輸出功率,分析了脈沖模式下激光各參數(shù)之間的關(guān)系。通過控制掃描速率選擇合適的點(diǎn)距離,在不同脈沖作用時間和激光輸出功率下,研究了加工參數(shù)對成形單熔點(diǎn)和單熔道的影響,為成形多層實(shí)體工件積累了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。分析了脈沖激光特有加工參數(shù)對多層實(shí)體工件質(zhì)量的影響,通過研究不同脈沖作用時間下工件表面溫度的變化情況,優(yōu)化了脈沖加工工藝參數(shù)。探討了激光開關(guān)光延遲等其它參數(shù)對成形工件質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,在脈沖模式下,激光設(shè)定功率并不總是等于激光實(shí)際的輸出功率,脈沖峰值功率不能超過連續(xù)輸出模式下的最大功率;當(dāng)輸入相同能量時,脈沖作用時間越長,單熔點(diǎn)和單熔道的寬度越寬,并且在成形熔道周圍產(chǎn)生的熱影響區(qū)越明顯;在成形過程中,不能只關(guān)注輸入能量,還應(yīng)考慮脈沖作用時間產(chǎn)生的影響;減小脈沖作用時間,有利于提高薄壁工件的表面質(zhì)量,有利于減少成形實(shí)體工件時產(chǎn)生的熱積累。
【圖文】：

圖 1.1 SLM 系統(tǒng)示意圖Fig 1.1 Schematic diagram of SLM system在選擇性激光熔融加工之前需要進(jìn)行前期的數(shù)據(jù)處理，具體的數(shù)據(jù)處理：（1）在制圖軟件上設(shè)計、繪制出所需加工工件的三維模型，導(dǎo)出 STL件。（2）利用專業(yè)的切片軟件，如 Magics，對 STL 格式的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行，獲取各截面的輪廓數(shù)據(jù)。（3）利用填充軟件進(jìn)行添加掃描線條等處理。理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到成形設(shè)備控制軟件中。數(shù)據(jù)處理結(jié)束之后，要進(jìn)行加工前的準(zhǔn)備工作。首先為了使加工的金屬粉去除其中的雜質(zhì)，需要對粉末進(jìn)行烘干和過篩。接著將成形缸上下移動，基板在激光的焦平面上；再將處理后的金屬粉末放入粉缸中，上升粉缸，的鋪粉操作，確保能在成形基板上鋪上一層薄薄粉末。最后進(jìn)行循環(huán)抽氣成形艙內(nèi)氧氣濃度低于一定值，以防止成形過程中出現(xiàn)氧化。數(shù)據(jù)處理和工作完成后就可以進(jìn)行加工成形實(shí)驗(yàn)了。相比于傳統(tǒng)加工制造技術(shù)，，選擇性激光熔融技術(shù)具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，如

選擇性激光熔融技術(shù)至今已有幾十年的歷史了，自 1995 年 SLM 技術(shù)的思想被提出之后[14]，各國都對 SLM 技術(shù)的研究投入了大量的精力，并且研制了多種形式的 SLM 設(shè)備。其中包括德國的 EOS 公司、Realizer 公司、Concept Laser 公司，美國的 3D Systems 公司、Phenix 公司，瑞典的 Acram 公司，日本的 MATSUURSODICK 公司等[15-17]。德國的 EOS 公司是最早研究選擇性激光熔融技術(shù)的公司之一，經(jīng)過 20 多年的發(fā)展已經(jīng)成為歐洲最大的 3D 打印及研發(fā)和制造的企業(yè)，所生產(chǎn)的 EOSM290 是世界上裝機(jī)量最大的金屬 3D 打印機(jī)，可成形如鈦合金、鋁合金、鐵鎳合金等各種金屬材料。Realizer 公司旗下的 SLM 設(shè)備可以成形致密度接近 100%的金屬工件，并且具有表面粗糙度低、尺寸精度高等各種優(yōu)勢，為了滿足不同的需求，Realizer研制了各種型號的產(chǎn)品，如 SLM100、SLM250、SLM280 等。Concept Laser 公司與其他公司生產(chǎn)的 SLM 設(shè)備不同，它沒有采用振鏡掃描技術(shù)，而是使用 X、Y 數(shù)控系統(tǒng)帶動激光頭運(yùn)動，這種特殊的方法就使得成形工件的尺寸不受掃描振鏡的限制，可以成形尺寸較大的工件。圖 1.2 為 EOS 和 Realizer 公司生產(chǎn)的 SLM 設(shè)備。各公司生產(chǎn)的設(shè)備及其特點(diǎn)如表 1.1 所示。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN249;TP391.73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2644605