鎳基高溫合金憑借其優(yōu)異的高溫性能,被廣泛應(yīng)用于對(duì)結(jié)構(gòu)材料要求最為嚴(yán)苛的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件。激光選區(qū)熔化（SLM）作為一種高效高柔性的金屬增材制造技術(shù),具有成形精度高、成形周期短、材料利用率高等優(yōu)點(diǎn),可用于對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)鎳基高溫合金零部件的快速高精制造。本文展開(kāi)了面向鎳基高溫合金的SLM成形工藝研究,分析了高能激光與粉末材料的相互作用機(jī)理,研究了掃描策略對(duì)成形件表面質(zhì)量及工藝參數(shù)對(duì)成形件力學(xué)性能的影響規(guī)律,優(yōu)化了SLM成形工藝,實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎳基高溫合金SLM成形件整體質(zhì)量的提升。主要內(nèi)容和結(jié)論如下:（1）高能激光與粉末材料的相互作用機(jī)理研究。從激光能量在粉末中的傳遞與吸收入手,研究激光與粉末的相互作用機(jī)理,分析鎳基合金粉末燒結(jié)成形的過(guò)程,發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)改變激光相關(guān)參數(shù)可以有效調(diào)節(jié)激光能量密度,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣件表面壓力的控制,提高材料的燒結(jié)密實(shí)度,提升鎳基高溫合金的加工質(zhì)量。借助仿真工具,對(duì)模型進(jìn)行模擬打印,分析成形件變形原因,并對(duì)3D模型數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償,優(yōu)化了設(shè)計(jì)模型。（2）掃描策略對(duì)成形件表面質(zhì)量的影響研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了不同掃描策略對(duì)Inconel 718合金成形件表面質(zhì)量的影響規(guī)律以及對(duì)不同... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鎳基高溫合金應(yīng)用

激光能量較高，金屬粉末完全熔化，直接成形高熔點(diǎn)金屬零件[15,16]。激光選區(qū)熔化技術(shù)是金屬3D打印領(lǐng)域的重要工藝，其發(fā)展經(jīng)歷了低熔點(diǎn)非金屬粉末燒結(jié)、低熔點(diǎn)包覆高熔點(diǎn)粉末燒結(jié)、高熔點(diǎn)粉末直接熔化成形等階段[17]。SLM技術(shù)是基于離散堆積制造原理，通過(guò)將目標(biāo)零件的CAD模型轉(zhuǎn)化為STL文件，并對(duì)其進(jìn)行分層切片；然后利用高能激光束按照預(yù)設(shè)的掃描路徑熔化金屬粉末，經(jīng)過(guò)冷卻凝固成形當(dāng)前加工層；而后反復(fù)進(jìn)行當(dāng)前操作，將金屬粉末材料層層加工堆積成形，最終成形所需零件；最后進(jìn)行清粉、打磨等后處理[18]。其成形原理圖如圖1-2。圖1-2激光選區(qū)熔化成形原理圖

成形，只需幾小時(shí)到幾十小時(shí)[20]，整個(gè)過(guò)程隨時(shí)可以進(jìn)行修正，從而保證制造的精準(zhǔn)性，大大提高了研發(fā)效率，降低了開(kāi)發(fā)成本；④成形精度高。通過(guò)細(xì)微聚焦光斑的激光束成形的零件加工精度高[21]，并且經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理后即可達(dá)到目標(biāo)零件的精度要求，成形件力學(xué)性能好，一般拉伸性能超過(guò)鑄件水平，達(dá)到鍛件水平；⑤應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。由于成形材料的種類(lèi)多元化以及成形過(guò)程的高自由度，使得激光選區(qū)熔化技術(shù)廣泛應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域，如航空航天、生物醫(yī)療、國(guó)防軍工等。激光選區(qū)熔化設(shè)備是集合了光學(xué)、電氣與機(jī)械技術(shù)的綜合性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。圖1-3展示了激光選區(qū)熔化設(shè)備硬件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)部分主要由四大模塊組成：激光光路系統(tǒng)、振鏡掃描系統(tǒng)、鋪粉系統(tǒng)以及氣體循環(huán)系統(tǒng)[22,23]。圖1-3激光選區(qū)熔化設(shè)備硬件模塊目前世界各國(guó)推出了多種型號(hào)的激光選區(qū)熔化商品化設(shè)備，國(guó)際上激光選區(qū)熔化設(shè)備研發(fā)中心主要集中在德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家[24]。國(guó)外主要有德國(guó)的EOS公司、ConceptLaser公司，美國(guó)的3DSystems公司、Stratasys公司，其中德國(guó)的EOS公司是全球金屬3D打印領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一[25]。早期國(guó)內(nèi)研究激光選區(qū)熔化設(shè)備的高校主要有華南理工大學(xué)和華中科技大學(xué)，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)相繼有50家機(jī)構(gòu)和研究所進(jìn)入該領(lǐng)域[26,27]。目前，國(guó)內(nèi)推出的商業(yè)化設(shè)備公司和機(jī)構(gòu)主要有西安鉑力特、江蘇永年激光、武漢華科三維、北京易加三維、廣州雷佳增材等。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[3]直接金屬激光燒結(jié)中固液相變及傳熱傳質(zhì)[D]. 王津.上海理工大學(xué) 2016
[4]選擇性激光熔化成形金屬零件性能研究[D]. 王黎.華中科技大學(xué) 2012

碩士論文
[1]激光選區(qū)熔化過(guò)程中熔池溫度場(chǎng)及形貌演化的數(shù)值模擬[D]. 葉唯娟.西安理工大學(xué) 2019
[2]鎳基高溫合金全激光增減材修復(fù)工藝研究與數(shù)值分析[D]. 徐子法.寧波大學(xué) 2019
[3]激光熔覆再制造件的質(zhì)量檢測(cè)與性能分析[D]. 程偉.江南大學(xué) 2019
[4]內(nèi)置流道鈦合金成形件SLM成形質(zhì)量評(píng)估與工藝優(yōu)化研究[D]. 葛亞楠.江南大學(xué) 2019
[5]模具鋼選區(qū)激光熔化工藝及組織性能研究[D]. 田杰.山東大學(xué) 2018
[6]IN718合金的選區(qū)激光熔化成形工藝及性能研究[D]. 李劍.哈爾濱理工大學(xué) 2018
[7]激光直接金屬沉積中激光-粉末相互作用的模擬研究[D]. 張暉峰.北京工業(yè)大學(xué) 2016
[8]熱處理對(duì)TC4鈦合金組織、性能的影響及殘余應(yīng)力消除方法的研究[D]. 譚玉全.重慶大學(xué) 2016
[9]選區(qū)激光熔化納米TiC增強(qiáng)Al基復(fù)合材料數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 袁鵬鵬.南京航空航天大學(xué) 2016
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