層流等離子體金屬增材制造具有成形速度快、生產(chǎn)成本低、材料利用率高等優(yōu)點(diǎn),適合于對(duì)精度要求不高的大型部件成形。然而,目前關(guān)于層流等離子體金屬增材制造的研究還不多,特別是有關(guān)工藝對(duì)缺陷形成等成形質(zhì)量的影響還缺乏系統(tǒng)的研究。本文以層流等離子體金屬增材制造為研究對(duì)象,系統(tǒng)研究了電流、送絲速度、焊絲到熔池距離、氬氣流量、搭接率等工藝參數(shù)對(duì)缺陷形成、表面質(zhì)量、致密度等成形質(zhì)量的影響。在此基礎(chǔ)上,采用優(yōu)化的成形工藝制備ER83-G高強(qiáng)鋼薄壁凸臺(tái)件,對(duì)樣品的成形質(zhì)量、顯微組織及力學(xué)性能進(jìn)行了分析研究,并用ANSYS軟件對(duì)成形過程的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算。研究結(jié)果表明:層流等離子體金屬增材制造成形的樣品中產(chǎn)生的主要缺陷為未熔合/熔合不良及氣孔。未熔合/熔合不良缺陷的形成主要受熱輸入的影響,當(dāng)送絲速度較大時(shí),熱輸入較低,熔融焊絲不能充分填充道間搭接處的凹谷,就會(huì)在樣品內(nèi)部產(chǎn)生未熔合。氣孔缺陷的最終形成主要受熱輸入和氬氣流量?jī)煞矫娴挠绊�。電流越�?熱輸入越小,樣品內(nèi)氣孔越多;氬氣流量的降低會(huì)減弱保護(hù)作用,導(dǎo)致氣孔變多。工藝參數(shù)對(duì)表面質(zhì)量和致密度有很大影響。隨著電流減小,熔融焊絲不能完全鋪展,使得樣品表面質(zhì)量下... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：93 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

金屬增材制造部件（a）航空壓氣機(jī)葉輪；（b）航天制導(dǎo)飛控艙體；（c）核電燃料組件下管座；（d）3D打印人體脊髓

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文2自然科學(xué)基金委員會(huì)在“十三五”學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃設(shè)想中明確將增材制造技術(shù)作為跨學(xué)科學(xué)部交叉優(yōu)先領(lǐng)域進(jìn)行布局，以進(jìn)一步提升中國(guó)增材制造技術(shù)的自主創(chuàng)新能力[2]。科技部在2016年、2017年連續(xù)兩年將增材制造列入國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目。然而，作為以“疊層制造”和“快速熔化/快速凝固”為核心原理的金屬增材制造技術(shù)，成形過程中涉及十分復(fù)雜的熱物理過程和材料非平衡物理冶金，同時(shí)發(fā)生著“熱源/金屬（成形材料、成形基體、熔池液體金屬等）交互作用”、移動(dòng)熔池的“超常冶金”、移動(dòng)熔池在超高溫度梯度和強(qiáng)約束條件下的“快速凝固”及逐層堆積三維構(gòu)件“內(nèi)部質(zhì)量演化”、復(fù)雜約束長(zhǎng)期循環(huán)條件下“熱應(yīng)力演化”[3]等復(fù)雜過程。隨著增材制造的不斷發(fā)展，相關(guān)研究不斷進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。但是在增材制造打印工藝、缺陷控制等方面，仍有很多需要系統(tǒng)深入研究的問題。1.2金屬增材制造1.2.1金屬增材制造的定義及特點(diǎn)金屬增材制造（MetalAdditiveManufacturing）技術(shù)，是采用金屬材料逐層堆積的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)。相較于車、銑、刨、磨的傳統(tǒng)“減材”制造加工方法，是一種自下而上的“增材”制造方法[4]。金屬增材制造技術(shù)是采用離散/堆積成形的原理，通過離散獲得堆積的路徑、限制和方式，經(jīng)過金屬材料堆積疊加形成三維實(shí)體的一種前沿材料成形技術(shù)[5]。其過程為：將產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行分層切片，得到各層的二維輪廓信息，按照這些輪廓，熱源選擇性沿著輪廓熔化—堆積金屬材料，形成各界面并逐步疊加成三維產(chǎn)品，具體過程如圖1-2所示。圖1-2金屬增材制造流程示意圖

第一章緒論31.2.2金屬增材制造的分類按照制造工藝，金屬增材制造主要分為金屬粉末床熔融（PowderBedFusion，PBF）和直接能量沉積（DirectEnergyDeposition，DED）。PBF技術(shù)的原理是將均勻的粉末層供給到沉積面上，在該沉積平面上引導(dǎo)熱源（如激光、電子束、電�。�，能量源的能量在沉積面的所有指定位置加熱粉末并使其熔融固化/燒結(jié)。當(dāng)該平面完成后，系統(tǒng)將索引到下一個(gè)平面并重復(fù)該過程。這種情況一直持續(xù)到組件完全構(gòu)建完畢。在PBF技術(shù)中，沉積平面固定在x和y軸上，并且只有當(dāng)構(gòu)建平面完全完成時(shí)才會(huì)在z軸上移動(dòng)。在DED技術(shù)中，粉末或絲材與能量源同步地供應(yīng)到熔池中，該能量源可以是激光、電子束或電唬但與PBF不同，沉積點(diǎn)不固定在x和y軸方向上，因此正在成形的表面和能量源將根據(jù)成形設(shè)計(jì)移動(dòng)。此外，DED的另一個(gè)不同之處在于，部件層的成形幾乎可以在任何方向上進(jìn)行。通常而言，PBF成形精度高，成形時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，多用于打印小型、精密工件；DED單層堆積厚度大、制造效率高、一般用于打印大型工件，但成形精度相對(duì)較低。圖1-3不同能量源金屬增材制造示意圖（a）選區(qū)激光熔化[6]；（b）電子束熔絲沉積[7]；（c）等離子增材制造[8]

【參考文獻(xiàn)】：
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