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双激光同步扫描成形316L不锈钢性能与效率研究

双激光同步扫描成形316L不锈钢性能与效率研究

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作者：樊胜杰华南理工大学

学位级别：硕士

随着金属制造业等非标准件、复杂件越来越多,产品更新迭代速度加快,传统的制造技术由于其流程复杂且耗费时间,难以满足单件小批量零部件的生产需求。相比之下,激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)以微米级的激光光斑作为热源... 详细信息

随着金属制造业等非标准件、复杂件越来越多,产品更新迭代速度加快,传统的制造技术由于其流程复杂且耗费时间,难以满足单件小批量零部件的生产需求。相比之下,激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)以微米级的激光光斑作为热源,配合高精度的扫描振镜,基于增材制造的原理将小粒度的金属粉末加工成所需的零部件。由于样件精度高、质量好、节约时间与成本等原因,SLM技术受到学者、企业以及政府的重视和研究。然而,由于受到单个光学硬件的限制,SLM成形样件尺寸不大、效率不高,这就限制了该技术的推广与发展。目前提高尺寸与效率的方式采用的是多激光多振镜方法,其基础是双激光与双振镜。因此,本文从双激光双振镜的SLM设备研发开始,区别于主流的幅面均分法,自主设计双激光的同步扫描算法,通过调整工艺参数研究双激光同点扫描策略下低功率模式与高速度模式对成形样件性能的影响,并展开双激光并行扫描策略下扫描间距与并行偏移间距之间的研究。在此基础之上,设计并打印预热模块中的水冷板进行并行扫描对打印效率提升的验证。主要研究内容如下:(1)进行了双激光双振镜SLM设备的研发与同步扫描算法的设计。以需求为主导,采用三维动态聚焦振镜代替F-θ聚焦镜。设计同点扫描、并行扫描以及跟随扫描三种同步扫描模式的算法,并进行打印成形测试,验证设备与算法的稳定性;(2)通过降低激光功率与提高扫描速度两种改变工艺参数的方法,对比研究双激光同点扫描与单激光扫描对样件性能的影响。探索同点扫描下的工艺窗口并总结规律。分析不同模式下的致密度、微观组织以及拉伸性能,并对其工艺提出对应的改进措施。(3)开展双激光并行扫描策略的效率研究。通过单道扫描寻找合适的并行偏移间距区间,搭配合理的扫描间距进行成形验证。简单分析性能,重点研究并行扫描对打印效率的影响。(4)对并行扫描策略进行打印效率验证。自主设计预热模块,并建模分析其中的水冷板零件,采用并行扫描策略进行样件打印。通过与单激光、拼接成形两种方式对比,验证并行扫描对打印效率的提升。

关键词： 316L不锈钢双激光双振镜同步扫描性能打印效率

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