论文部分内容阅读
激光选区熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)是一种能够获得最好成形精度和较好制件性能的金属增材制造技术,在航空航天、生物医疗、国防军工领域获得了越来越多的应用。但是目前市场所售SLM设备运行、维护成本高,工艺参数不开放,主要用于生产,不适用于激光选区熔化技术在科研领域的新材料、新工艺等方向的研究。因此,本文对激光三维打印先进制造装备研发技术进行探索,研制出一套适用于科研开发的个性化、模块化、开放化的SLM设备,其成形尺寸可调,且氧含量可控到医疗工程水平。分析了设备研制过程中影响SLM成形精度的因素,并提出有效的解决方案。最后在设备上进行钛合金成形工艺研究的初步探索。具体研究内容如下:(1)完成了SLM设备的总体方案设计。研制SLM设备中主要由激光扫描、送铺粉机构、气体循环净化、水路冷却、电气控制等系统组成,对系统中商业化硬件和机械结构进行了选型和设计,提出了一套综合经济性、功能性的硬件设备组成方案。(2)构建了SLM设备的电气控制系统。对SLM设备所有硬件进行了电气线路的设计和连接,完成其控制程序的开发;进行嵌入式脚本程序设计,实现全自动打印功能。(3)解决了SLM设备研制调试过程中的精度校准问题。分析了激光选区熔化加工精度的影响因素,对送粉铺粉系统进行了误差分析,并提出了双向铺粉运动策略来减少铺粉误差;对激光扫描系统过程中的原理误差、失真方式进行分析,采用软件算法进行循环多次校正。经调试和校正后的SLM设备加工精度得到了提高。(4)探索了Ti6Al4V粉末成形的基础工艺。探究熔道宽度和熔道高度随激光功率、扫描速度的变化关系,对打印过程中出现的球化、“爆粉”、鱼鳞纹等现象进行分析。研究了不同参数下致密度的变化规律,发现能量密度在180~270J/mm~3之间可以使得零件致密度在98%以上。