【摘要】：選區(qū)激光熔化(Selective Laser Melting SLM)是通過(guò)激光束熔化金屬粉末進(jìn)行成形的一種金屬增材制造技術(shù)。采用這種成形工藝獲得工件具有致密度高、強(qiáng)度大以及尺寸精確等優(yōu)勢(shì),因而普遍應(yīng)用于生物醫(yī)療、汽車制造以及航空航天等領(lǐng)域。選區(qū)激光熔化技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的鑄造、鍛壓等成形方式,其采用逐層累加的方式進(jìn)行成形,在同一打印層內(nèi),通過(guò)熔道間“搭接”進(jìn)行連接,在垂直方向相鄰層間通過(guò)層間“搭接”進(jìn)行連接,因此,搭接效果的好壞會(huì)直接對(duì)成形件力學(xué)性能產(chǎn)生影響。但是到目前為止,關(guān)于選區(qū)激光熔化技術(shù)的搭接過(guò)程與Ti-6Al-4V(TC4)成形件力學(xué)性能之間的關(guān)系并沒(méi)有清晰完善的報(bào)道。為了探究SLM成形過(guò)程中搭接過(guò)程與其成形件力學(xué)性能的關(guān)系,本文研究了不同掃描間距、不同打印層厚以及不同路徑規(guī)劃對(duì)力學(xué)性能的影響,并從顯微組織、晶粒大小、內(nèi)部缺陷等角度對(duì)搭接效果與力學(xué)性能間關(guān)系進(jìn)行了綜合分析。取得的主要結(jié)果如下:研究了水平搭接對(duì)SLM成形TC4合金水平方向拉伸性能的影響以及原因,結(jié)果表明:當(dāng)掃描間距(h)在30μm 90μm之間,隨著掃描間距增大,斷裂延伸率逐漸增加,抗拉強(qiáng)度逐漸降低,這是因?yàn)轳R氏體水平角度和直徑以及初生β晶粒變小提升了材料塑性,此外增加掃描間距增,材料內(nèi)部空洞缺陷呈現(xiàn)增加趨勢(shì),降低了打印件強(qiáng)度,特別是當(dāng)掃描間距為110μm時(shí),材料內(nèi)部孔洞缺陷急劇增加,致其抗拉強(qiáng)度和塑性均較差。對(duì)不同打印層厚以及路徑規(guī)劃對(duì)垂直方向力學(xué)性能的影響進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示:當(dāng)打印層厚從30μm增加到50μm時(shí),由于內(nèi)部缺陷增加導(dǎo)致垂直方向的抗拉強(qiáng)度和塑性都減小。相比掃描間距,內(nèi)部缺陷對(duì)打印層厚更加敏感,當(dāng)打印層厚為20μm時(shí),呈現(xiàn)脆性斷裂。通過(guò)S型、Strip、Chess以及S正交四種路徑規(guī)劃比較,Chess路徑規(guī)劃打印件垂直方向塑性最好,斷裂延伸率達(dá)到10.80%,S正交打印件強(qiáng)度最高,抗拉強(qiáng)度達(dá)到1234 MPa;Strip打印件強(qiáng)度和塑性居中,S型打印件呈現(xiàn)脆性斷裂。
【圖文】：

圖 1-1 選擇性激光熔化（SLM）設(shè)備原理示意圖[15]光熔化成形鈦合金的應(yīng)用范圍對(duì)其力學(xué)性能提出了很高的光熔化打印件力學(xué)性能的研究一直是重點(diǎn)和熱點(diǎn)。從選區(qū)們可以看出，在二維平面內(nèi)，水平搭接過(guò)程能夠影響構(gòu)件的能，Z 方向相鄰打印層之間搭接過(guò)程則能夠影響 Z 方向的搭接過(guò)程對(duì)選區(qū)激光熔化打印件力學(xué)性能具有重要的影響，，件具有獨(dú)特的力學(xué)性能。本課題內(nèi)容將重點(diǎn)放在 SLM 成形伸性能影響的研究，探討搭接過(guò)程對(duì)打印件力學(xué)產(chǎn)生影響的搭接控制來(lái)優(yōu)化打印件力學(xué)性能。激光熔化（SLM）技術(shù)研究現(xiàn)狀選區(qū)激光熔化技術(shù)成形金屬零件技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用逐步提高壓成形方式生產(chǎn)周期長(zhǎng)，模具生產(chǎn)昂貴等難題，近年來(lái)，對(duì)發(fā)成為國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)和熱點(diǎn)。由于選區(qū)激光熔化技術(shù)類似定靠熔道搭接成形的特點(diǎn)，造成了其打印件無(wú)論從內(nèi)部組織

圖 1-2 不同掃描速度下的 SLM 成形鈦樣品橫截面[55]：a) 100 mm·s-1；b) 200 mm·s-1；c) 300mm·s-1；d) 400 mm·s-1Zhang 等人[57]為了制作最有生物性能多孔植入體，采用了控制選區(qū)激光熔化掃描間距的方法來(lái)得到多孔結(jié)構(gòu)，如圖 1-3 所示。所采用的打印材料為 TC4 合金粉末，系統(tǒng)的闡述了掃描線間距與孔洞特點(diǎn)以及多孔材料力學(xué)性能的關(guān)系。并得出多孔材料的抗壓強(qiáng)度以及模量隨著掃描間距的增加而減小，其楊氏模量范圍在 16-85 GPa，因此能夠使植入體的彈性模量接近自然骨。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2652130