金属粉末直接激光烧结成形扫描过程的研究

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1、《电加工与模具》>??>年第G期设计·研究金属粉末直接激光烧结成形扫描过程的研究南京航空航天大学张剑峰赵剑峰沈以赴黄因慧余承业摘要对镍!铜混合粉末材料进行了激光烧结成形试验，结果表明：在一定的范围内，烧结件的强度随激光功率的增加、扫描速度的下降而增加；烧结件的致密度、表面质量随扫描间距的缩小而明显提高。初步弄清了大功率激光直接烧结金属粉末的成形件质量和工艺参数之间的关系。关键词选择性激光烧结金属粉末工艺参数零件!"#$%&’$"#$%&’#(#)*+,()$+,’)-.)$+/),(*%01%..)$

2、!,+12)3.%45)$/6()$+637"#))-.)$+/),(63$)*&3(**#%4)5(#6(+,(),*+(8%0*+,()$+,’.6$(+,1$)6*)54+(#+,1$)6*+,’36*)$.%4)$6,55)1$)6*+,’*16,,+,’*.))5，5),!*+(8%0*+,()$+,’.6$(6,5*&$061)9&63+(8+/.$%:)5,%(6;384+(#5)1$)6*+,’*16,,+,’*.61)4+(#+,1)$(6+,*1%.)7"#)$)36(+%,*#+

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4、件快速制造较为成由式（A）可知，激光密度在光斑中心最大，并沿熟的工艺是以较高熔点的金属材料为基体，以较低径向逐渐减小。熔点的材料（如聚脂粉末）为粘结剂组成复合材料，激光在单位时间内作用于单位面积粉末层的功用小功率激光烧结成形坯体（又称“绿件”），然后对率密度可以用J,5$)4数来表示：坯体进行适当的后处理（如高温烧结和低熔点金属$%E&’（>）熔浸），最终得到金属件［A!B］。但是，这种方法制造()的金属件在强度、硬度、致密度等方面均无法与直接式中&———扫描轮廓的几何形状系数烧结金属粉末得到的金属零

5、件相媲美。因此，用大’———激光功率功率激光直接烧结成形金属零件是当前快速成形工(———扫描速度艺中研究的热点之一。本文通过烧结试验，分析了)———扫描间距在大功率激光烧结成形的条件下，不同的工艺参数$%———激光能量作用于粉末的一个综合指和扫描方式对烧结件的强度、表面质量及致密度的标影响。用?阶模的激光烧结粉末时，粉末材料的烧结深度也呈高斯曲线型，如图A所示。在激光作用过A工艺参数的选择程中，熔池表面存在着温度梯度、张力梯度，因而提激光选区烧结的工艺参数主要有激光功率、扫供了熔池内物质对流的驱动力，

6、熔体对流的结果导描间距、扫描速度等，它们对烧结件的质量都会产生致烧结线的截面形状呈椭圆形，如图>所示。椭圆影响。形的烧结线对多层叠加制造而言，会影响到烧结件.7.激光功率的致密度。在其他工艺条件不变的情况下，激光功率CD>激光器?阶模的光强分布呈高斯曲线型，和烧结件致密度的关系如图I所示（以下所有的图其计算公式为：中，*为粉层厚度，+为光班直径，(为扫描速度，)为!E!?)-.（F>">／#>）（A）扫描间距，’为激光功率）。从图I中可看出，烧结件的致密度在一定的范围内随着激光功率的增加而增基金项目：

7、国家自然科学基金重点资助项目（GHHIGAA?）收稿日期：>??>F?BF?G大，但超过某一数值后，烧结件的致密度基本不随激—>>—设计·研究《电加工与模具》$&&$年第(期光功率的增加而增大，其最大值约为!"!左右。!’"扫描间距扫描间距为两相邻平行扫描线中心之间的距离。由于激光光强呈高斯曲线分布，扫描间距的变化将对激光输入到粉末表面的总能量分布产生影响，如图-所示。由图-可知，当扫描间距%大于光束直径#时，光束彼此分离，其相邻区域内的总能量小于粉末烧结所需的能量，如图-.所示；当扫描间距%大于光束

8、半径&而小于光束直径#时（&!%图#激光作用下粉末熔化深度!#），光束大部分重叠，能使相邻烧结线相连，但此时激光总能量的分布还不均匀，呈现波峰和波谷，会造成粉末的烧结厚度不一致，如图-/所示；当扫描间距%小于光束半径&时，相邻激光束的能量重叠后，总能量分布基本上是均匀的，此时粉末的烧结厚度也趋于一致，如图-0所示，烧结件的质量有所提高。在其他工艺参数不变的情况下，扫描间距和烧图$烧结线的截面形状示意图结件的表面波度、致密度关系如图(、图1所示。从图中可看