HMF250金属激光选区熔化设备研制及成形性能研究-硕士学位论文

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1、硕士学位论文HMF250金属激光选区熔化设备研制及成形性能研究学位申请人：指导教师：教授教授学科名称：机械工程年月摘要论文题目：HMF250金属激光选区熔化设备研制及成形性能研究学科专业：机械工程申请人：指导教师：摘要激光选区熔化技术（Selectivelasermelting,SLM）是增材制造技术中最有发展潜力的一项前沿技术，能直接成形出复杂形状、组织致密、力学性能优良的金属零件。但是该技术工艺中存在的一些关键难题如精度偏低、热应力集中导致的翘曲变形等仍亟待解决，而且目前国内市场过分依赖国外设备，国内设备还并不够成熟。为此，本文自主设计研发了一套激光选区熔化设备，型号为HM

2、F250，并进行完整的基础工艺实验，探究成形工艺规律，并对力学性能及精度进行研究。本研究得到陕西省科技统筹创新工程计划项目（编号：2014KTZB01-02-02）资助。本文构建了一套激光选区熔化设备HMF250，可实现低氧、高效、精确的成形过程。开发了高效柔性铺粉方法，结合工艺实验，针对设备硬件系统不足之处进行了改进优化，采用柔性刮板的铺粉方式，使成形零件的致密性及力学性能有所提高。改进了设备硬件部分中的密封结构，实验前的保护气充入时间缩短至原有水平的1/3，高效稳定的将氧含量控制在100ppm以下，大幅度提高了成形效率。选用Ti6Al4V金属粉末进行了激光选区熔化的基础工艺

3、实验，提出了“非恒定降功率”的成形方式，并成功解决了由于热应力集中而引起的翘曲问题。分别对单道单层、多道单层及多道多层成形过程进行了研究。分析了工艺参数对扫描线宽、线高的影响规律，建立了搭接率模型，得出30%的搭接率为理想状态。得出较为合适的铺粉层厚与粉末的平均粒径值成倍数关系的结论。建立了铺粉层厚模型，提出了铺粉层厚与零件切片层厚的关系。针对成形零件的致密度及力学性能进行了研究，提出了一种新的扫描方式（DXYSTA扫描方式），并成形出致密度达到99%以上、拉伸强度达到1170MPa的零件。判断出工艺参对致密度影响重要程度的次序为：扫描速度＞激光功率＞扫描间距。发现拉伸强度、显

4、微硬度均与致密度呈正相关。本文认为，为兼顾零件质量与成形效率，成形零件无需完全致密。本文进行了激光选区熔化成形零件的精度研究，采用尺寸补偿可显著的提高零件X、Y、Z三个方向的尺寸精度，尺寸偏差最小可以达到0.01mm。通过正交实验获得了影响激光选区熔化成形过程中成形零件尺寸变化的主要工艺参数较优水平组合。关键词：激光选区熔化；设备改进；成形工艺；致密度；精度论文类型：应用研究IXABSTRACTTitle:DevelopmentofHMF250SelectiveLaserMeltingMachineandResearchofManufacturingPropertiesSpec

5、iality:MechanicalEngineeringApplicant:ChangchaoFanSupervisor:Prof.ZhongminJinProf.DichenLiABSTRACTSelectivelasrmelting(SLM)isapromisingadvancedmanufacturingtechnology,whichcanbeusedtodirectlymanufacturemetalpartswithcomplexshape,compactstructureandexcellentmechanicalpropertiesdirectly.Howeve

6、r,somekeyproblemsstillneedtobesolvedsuchaslowprecision,thewarpoingdeformationcausedbythermalstressconcentrationandsoon.Moreover,mostofthemachineofselectivelasermeltingareimportedfromabroad.Thedevelopeddomesticmachinestillneedtobeimproved.Inthisstudy,anSLMmachinecalledHMF250wasdeveloped,andth

7、ebasicprocessexperimentswasperformedtoinvestigatethemoldinglawandmanufactureaccuracyaswellasthemechanicalpropertiesofmetalparts.ResearchinthethesisissupportedbytheTechnologyIntegratedInnovationProjectofShaanxiProvince(NO.2014KTZB01-02-02)Inthispape