隨著計算機技術的飛速發(fā)展,金屬增材制造（3D打印/快速成型）技術基于分層制造原理,采用材料逐層累加的方法,直接將數(shù)字化模型制造為實體零件,與數(shù)控加工、鑄鍛造及模具制造等手段結合,成為新產品快速成型與制造的方法之一,在多個領域具有廣泛的應用前景。選擇性激光熔化技術作為實用意義最大的金屬增材制造技術之一,目前被國內外廣泛研究。選擇性激光熔化成型件的精度和機械性能等問題一直阻礙該技術進一步發(fā)展,導致成型零件大多不能直接進入工程應用,更不能成為功能性部件。為了克服不利因素的影響,獲得優(yōu)質的成型零件,過程控制是提高選擇性激光熔化成型零件精度和機械性能的本質方法,過程監(jiān)測是實現(xiàn)過程控制的必要前提,合理有效的過程狀態(tài)監(jiān)測十分重要。本文綜合國內外選擇性激光熔化過程監(jiān)測的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,結合工藝過程發(fā)展的實際情況,采用非同軸傳感器安裝方式,研究了成型件中存在的欠熔化、過度熔化問題。使用過程中的聲信號和近紅外圖像,探索深度學習方法在熔化過程監(jiān)測中的應用,實現(xiàn)了對軌道熔化狀態(tài)的有效識別,簡化了熔化狀態(tài)監(jiān)測分析的過程和提高了識別效果。本文的主要研究內容及創(chuàng)新如下:（1）結合國內外選擇性激光熔化過程的最新研... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１工業(yè)領域、生物醫(yī)療和航空領域的金屬增材制造成型件??選擇性激光熔化成型技術作為金屬增材制造最具有前景的制造方法之一［５］，??主要優(yōu)點有：（１）能夠制造功能梯度結構、復合材料結構、晶格結構、輕量化??

１．２．１選擇性激光熔化成型存在的質量問題??選擇性激光熔化技術相對于與之相似的激光熔覆和電子束熔化技術具有良??好的特性，粒子間的熔融粘結在激光產生的高溫下形成，如圖１．３所示。選擇性??激光熔化技術解決了隨形內流道、鏤空減重、復雜薄壁、復雜內腔、多部件集成??等復雜結構成型的問題，相比傳統(tǒng)工業(yè)制造，可滿足縮短制造周期、小批量快速??生產、降低成本等方面的要求。然而，選擇性激光熔化技術過程產生的零件，需??要進一步的后處理（例如，滲透或熔化到全密度）才能投入生產使用。對于特定??材料的選擇性激熔化成型的零件形狀可以優(yōu)化控制，結構性能與鑄鍛件可以媲??美，成型件的表面粗糙度一般為１５－５０／／Ｗ，相比于傳統(tǒng)加工的表面質量還有較??大的差距，提高成型件的精度和機械性能是各個國家尋找的選擇性激光熔化技術??發(fā)展方向。????Ｉ?鋪粉裝置??掃描鏡??卜?＝金屬粉末??〖Ｉ?Ｉ?｜?Ｉ?■＝零件??Ｉ?ｆ?Ｍ??制造平臺?儲粉倉??圖１．３選擇性激光熔化過程原理示意圖??雖然金屬激光熔化成型件采用噴砂、噴丸，或者簡單手工打磨方式后獲得良??好的表面光滑度

化成型件中，不可避免的會出現(xiàn)球化、翹曲、斷裂、氣孔、瘤狀物和分層等幾個??主要問題［２６＿２９］，這些直接導致孔隙率高、致密度低、表面粗糙度高、拉伸強度差??等工藝缺陷，從而阻礙選擇性激光熔化技術的順利開展，如圖１．４所示。??？選擇性激光熔化過程的穩(wěn)定性和可重復性仍然是需要突破的主要障礙以ＭＷ?〇／．，??２０１５；?Ｔａｐｉａ?ａｎｄ?Ｅｌｗａｎｙ，?２０１４；?Ｅｖｅｒｔｏｎ?ｅｔ?ａＬ，?２０１６；?Ｓｐｅａｒｓ?ａｎｄ?Ｇｏｌｄ，?２０１６）??幾何缺陷內應力孔隙雜質和污染物??目雛不合格率是不可接受的：?Ｍ?目前．沒有任何商業(yè)??＞昂貴的材料（例如，鈦粉超過１５０＃?耄紓?墸蓿壍內吩裥約す餿芻?擔崳姡?戶長期的加工過程（例如，＜?１０?ｃｍ３／ｈ｝?統(tǒng)能夠在過程中自動??＞長期／昂貴的反復試驗會使上市時間變長?Ｄ?檢測缺陷??＞嚴格的質量要求（例如，航空和醫(yī)療）??圖１．４選擇性激光熔化成型件的問題及需要解決的問題??（１）球化??球化現(xiàn)象是指在選擇性激光熔化程中，金屬熔池表面與周邊介質表面構成的??具有最小自由能體系，液態(tài)金屬與周邊介質的界面張力使金屬液表面形狀向球形??轉變（圖１．５）。球化會使熔化后的金屬無法凝固成連續(xù)平滑的軌道


本文編號：3090721