發(fā)布時(shí)間：2021-11-17 11:36

　　選擇性激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）是基于“離散+堆積”原理,利用高能激光束作為熱源熔化金屬粉末,通過(guò)逐層疊加的方式直接成形出空間構(gòu)型復(fù)雜、性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)件�，F(xiàn)階段,對(duì)隨形冷卻結(jié)構(gòu)、節(jié)溫器蓋等復(fù)雜構(gòu)件的制備,輕質(zhì)AlSi10Mg合金因其較好的鑄造性能、優(yōu)良的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能而被廣泛研究。然而,鋁具有高的自由電子密度,對(duì)激光入射能量的吸收率僅為9%,熱導(dǎo)率高達(dá)237 W/（m·K）,在SLM成形過(guò)程中熱積累少,導(dǎo)致熔化不完全、層間結(jié)合差等問(wèn)題。同時(shí),鋁對(duì)氧的敏感性高,易產(chǎn)生球化、孔洞、氧化夾雜等冶金缺陷,惡化成形質(zhì)量,限制工業(yè)應(yīng)用。為解決因能量吸收不足而產(chǎn)生的球化、孔洞等問(wèn)題,論文采用有限元技術(shù)模擬了單條熔道溫度場(chǎng)分布,闡述了微熔池的形成機(jī)理及特征變化規(guī)律,優(yōu)化了成形工藝參數(shù),討論了典型形狀構(gòu)件的成形性和設(shè)計(jì)原則;分析了SLM成形AlSi10Mg合金中缺陷的來(lái)源,采用不同的重熔掃描策略降低了孔洞、球化等缺陷,研究了缺陷降低的機(jī)理;討論了SLM成形AlSi10Mg合金熔池的熔化凝固行為、組織特征及力學(xué)性能,取得以下主要成果。采用有限元數(shù)值模擬方法對(duì)SLM成形... 

【文章來(lái)源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁(yè)數(shù)】：154 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

基于機(jī)器人的WAAM系統(tǒng)示意圖[4]

昆明理工大學(xué)博士學(xué)位論文4選擇性轟擊金屬粉末，使粉末獲得能量后熔化、凝固；當(dāng)完成一個(gè)層面的掃描后，工作箱下降一個(gè)層厚的距離，如此反復(fù)堆積[15]，成形出所需要的零件（如圖1.2所示）。該工藝在成形過(guò)程中不消耗保護(hù)氣體，真空環(huán)境中使成形件沒(méi)有其它雜質(zhì)，特別適合鈦合金等高活性金屬零件的制造，已應(yīng)用在航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域[16]。Murr等[14]討論了EBM成形Ti6Al4V的研究現(xiàn)狀，并闡述EBM制備生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究中開(kāi)孔式胞狀多孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。Gaytan等[17]采用EBM技術(shù)制備Ti-6Al-4V三維復(fù)雜單元多孔結(jié)構(gòu)，研究粉末的循環(huán)使用對(duì)組織和力學(xué)性能的影響，并提出控制缺陷和孔隙率的方法。Chastand等[18]和Vayssette等[19]分布采用EBM技術(shù)制備Ti6Al4V棒型試樣以研究疲勞性能的變化。Parthasarathy等[20]使用EBM技術(shù)制備不同孔隙率的TC4多孔結(jié)構(gòu)，探究不同柱壁厚度對(duì)于壓縮強(qiáng)度的影響。Biamino等[21]選用EBM制備Ti-48Al-2Cr-2Nb合金件，獲得近乎無(wú)雜質(zhì)、微小氣孔及組織均勻的結(jié)構(gòu)。圖1.2電子束熔化設(shè)備示意圖Fig.1.2SchematicofEBMapparatus當(dāng)高速電子束沖擊金屬粉末時(shí)，由于電子動(dòng)能較大，預(yù)置的松散粉末易被激起吹離原來(lái)的位置，影響成形質(zhì)量。電子束熔絲沉積技術(shù)將絲材代替粉末，其送絲方式和堆積成形過(guò)程與WAAM相似，避免粉末被吹散，成形速度快，材料利用率和能量轉(zhuǎn)化效率高。目前，美國(guó)NASA蘭利研發(fā)中心采用電子束熔絲成形鈦合金的尺寸為5.8m×1.2m×1.2m，我國(guó)可成形鈦合金主承力結(jié)構(gòu)件的尺寸為2.1m×0.45m×0.3m。

攔?芐??笱В?23]，或激光快速成形（LaserRapidForming,LRF，中國(guó)西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東）[24]、或直接激光成型（DirectedLaserFabrication,DLF，英國(guó)伯明翰大學(xué)）[25]。美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）標(biāo)準(zhǔn)中將該技術(shù)統(tǒng)一規(guī)范為金屬直接沉積制造（DirectedEnergyDeposition,DED）技術(shù)的一部分。LENS技術(shù)主要用于制造或修復(fù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)的葉輪葉片以及輕量化的汽車(chē)零部件等，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨損或破損的葉片進(jìn)行修復(fù)和再制造的過(guò)程，從而大大降低葉片的制造成本，提高生產(chǎn)效率。LENS技術(shù)是以流動(dòng)的粉末為原材料，其示意圖如圖1.3（a）所示，高能量激光束匯聚在基板上生成熔池，惰性氣流保護(hù)金屬粉末從送粉通道中被同步送入熔池，金屬粉末受到高溫作用吸收能量而快速熔化并凝固，經(jīng)歷由點(diǎn)到線、由線到面的凝固順序疊加成形[26]，最終制造出零件實(shí)體（如圖1.3（b）所示）。(a)(b)圖1.3激光近凈成形技術(shù)（a）示意圖；（b）實(shí)時(shí)加工過(guò)程Fig.1.3（a）Schematicand(b)real-timeprocessingofLENS針對(duì)不同材料的LENS工藝成形進(jìn)行研究，李俊鑫[27]以316L不銹鋼為原材料，探究了LENS工藝下激光束掃描路徑對(duì)成形零件內(nèi)部微觀組織和性能的影響；苗佩等[28]在對(duì)316L不銹鋼的LENS成形研究中發(fā)現(xiàn)，增加送粉率可以提高沉積效率，力學(xué)性能并未降低；Kwiatkowska等[29]采用LENS技術(shù)合成Fe-Al-Ti金屬間化合物，獲得晶粒尺寸為3-5μm的細(xì)化組織；楊鍵等[30]對(duì)TC21鈦合金進(jìn)行LENS制備，其室溫拉伸性能的強(qiáng)度與鍛件相當(dāng)，塑性略低；Mallik等[31]將LENS技術(shù)與退火工藝結(jié)合，制備的Co-Cr-Mo件的硬度高于鍛造水平；Krishna

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3500831