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不锈钢粉末选择性激光熔化直接制造金属零件研究

作　者: 付立定
导　师: 史玉升
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 选择性激光熔化线扫描面扫描致密度粉末性能扫描方式热等静压
分类号: TF124.39
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)成形是一种新型激光快速制造技术。它通过激光完全熔化金属粉末,基于分层——叠加堆积原理实现金属零件的快速制造,能够获得致密度近乎100%、机械性能与锻造工艺相当的金属零件。近几年来该技术成为国外快速成形方面研究的热点,而在国内还处于起步阶段。目前SLM直接成形具有工业用途的零部件,还存在两个较大的困难:一是在成形中依然存在裂纹、孔隙等问题,使致密度难以达到100%;二是国际上大部分的研究都针对特定粉末材料成形进行研究,没有建立激光熔化成形不同粉末的共性方案。针对以上两个问题,本文以SLM直接成形致密的金属件为目标,以316L及304L不锈钢粉末为主要实验材料对成形件致密度进行了系统研究,以求在得到致密件的同时确定优良的SLM成形研究方案。主要研究内容和结论如下:(1)建立了SLM成形不同金属零件研究的共性方案。采用304L不锈钢粉末进行SLM实验,首先以线扫描、面扫描和方块扫描来确定SLM加工零件的扫描功率、扫描速度、扫描间距、扫描层厚和扫描方式。然后试样块经线切割,采用排水法测致密度,再制成金相,对其微观组织进行研究;最后综合各种因素,选择一组较优参数,制得致密度高且精度高的成形件。(2)采用316L不锈钢进行正交实验研究,更进一步得出加工工艺参数对成形件致密度和精度的影响。(3)采用气雾化制备的球形粉末可以提高粉末松装密度,这一是因为粉末流动性好;二是相同的粉末粒度下,球形粉SLM铺粉中可以采用更小的加工层厚,加强上下层的补偿和粉末压实作用。另外由于气雾化制备的粉末氧含量少,SLM成形过程中粉末之间的润湿性好,有利于得到致密的零件。(4)对扫描方式进行了改进,跳转变向的扫描方式可以得到平整的表面,有利于下一层成形的进行,通过扫描方式和粉末的改进在一组较优的SLM工艺参数下得到了致密度为95%的试样。(5)对其它金属粉末SLM成形进行了初步的研究,了解粉末性能对SLM成形质量的影响,为这些粉末的SLM成形零件打下一定的基础。(6)研究了热等静压与SLM复合技术快速制造高致密度的金属零件,进行支撑的制作以使零件更容易与基板分离,采用的材料为316L不锈钢粉末。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 选择性激光熔化国内外研究概况  10-17
  1.2 课题来源、研究内容、目的及意义  17-18
2 实验材料、设备与方法  18-24
  2.1 选择性激光熔化成形材料  18
  2.2 选择性激光熔化实验设备  18-20
  2.3 实验方法  20-22
  2.4 试样测试分析  22-24
3 304L 不锈钢选择性激光熔化成形实验  24-40
  3.1 粉末性能分析  24-26
  3.2 线扫描研究  26-28
  3.3 面扫描研究  28-32
  3.4 工艺参数对试样块致密度的影响  32-36
  3.5 工艺参数对试样块精度的影响  36-37
  3.6 显微组织分析  37-38
  3.7 参数优化及复杂零件成形  38
  3.8 本章小结  38-40
4 316L 不锈钢选择性激光熔化工艺参数正交实验与改进  40-54
  4.1 正交实验粉末性能分析  40-42
  4.2 正交实验粉末线扫描  42-43
  4.3 正交实验设计与结果分析  43-47
  4.4 复杂零件成形  47-49
  4.5 高致密零件的成形  49-52
  4.6 本章小结  52-54
5 其它金属粉末选择性激光熔化成形及选择性激光熔化与热等静压复合成形技术初探  54-63
  5.1 各种粉末实验选择性激光熔化成形初探  54-58
  5.2 热等静压与选择性激光熔化复合成形技术研究  58-61
  5.3 本章小结  61-63
6 结论与展望  63-65
  6.1 主要结论  63
  6.2 研究展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
附录1 攻读学位期间发表论文目录  70

不锈钢粉末选择性激光熔化直接制造金属零件研究

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