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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1、摘要选择性激光熔化(SelectiveLaserMelting,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

2、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

3、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I量的影响，为这些粉末的S

4、LM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。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IIAbstractSelectivelasermelting(SLM)isanewlaserrapidmanufacturetechnology.Itsprincipleistofullmeltthemetalpowder,andrealizedtherapidmanufactureofmetalpartsbasedont

5、heprincipleofdelamination&adding.Itcangetmetalpartsof100%densitywiththecomparativemachineperformancetoforging.SLMbecomesthehotspotofrapidmanufactureabroadnow,butinourcountryitisinthefirststep.NowtherearestilltwodifficultywhenmanufactureindustrypartsbySLM.Thefirstistherestillsomecrac

6、kandholeinthepart.ThesecondismostoftheSLMresearchintheworldaretospecialmetalpowder,therestillnocommonnessSLMstudymethodisapplicableforallthemetalpowder.TosolvethetwodifficultiesanddirectlymanufacturemetalpartsbySLM,systemicresearchwastakentothedensityofSLMparts.Thematerialresearched

7、was316Lstainlessnesssteeland304Lstainlessnesssteel.ThepurposewastoconfirmcommonnessSLMstudymethodatthesametimeofgettinghighdensitymetalparts.Themainresearchcontentsandresultsareasfollows:(1)EstablishedthecommonnessSLMstudymethodforvarymetalpowders.OperatedSLMexperimentby304Lstainles

8、snesssteelpowder.Fi