SLM成形钛合金薄壁结构边缘挂渣及中心凹陷研究

作     者：刘琪 袁美霞 寇莛彧 柳校可 蒋林林 LIU Qi;YUAN Meixia;KOU Tingyu;LIU Xiaoke;JIANG Linlin

作者机构：北京建筑大学机电与车辆工程学院北京100044 北京建筑大学城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点实验室北京100044 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2024年第53卷第13期

页      面：187-197页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(52105426) 北京建筑大学研究生创新项目(PG2023135) 

主　　题：选区激光熔化 钛合金Ti-6Al-4V 薄壁结构 边缘挂渣 中心凹陷 激光功率 扫描速度 

摘      要：目的探讨激光功率和扫描速度对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形钛合金Ti-6Al-4V薄壁结构边缘挂渣及尺寸精度的影响规律,分析薄壁中心凹陷的主要原因。方法设计两因素三水平试验,对比不同工艺参数下成形薄壁上表面微观形貌及壁厚,提出影响薄壁边缘挂渣和中心凹陷的机理,并得到较优的成形工艺参数。结果挂渣现象对薄壁尺寸精度的影响较大,薄壁的厚度越小,影响越大。当薄壁厚度达到2 mm时,边缘挂渣区域厚度明显减小。相较于扫描速度,激光功率对挂渣区域厚度的影响更大。采用低激光功率、较高扫描速度有助于减小挂渣区域厚度。激光能量密度越大,SLM成形薄壁尺寸误差越大,二者存在三次非线性关系。结论在低激光功率对应的低能量密度下,成形薄壁尺寸误差较小,当能量密度为44.44 J/mm^(3)时,薄壁获得了最小壁厚(529.37μm)。试验获得的成形薄壁结构误差最小的工艺参数为P=200 W,v=900 mm/s,h=50μm。SLM成形过程中的勾边扫描策略及残余应力导致的翘曲变形是造成薄壁中心凹陷的主要原因。