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金属粉末床激光熔融路径规划与控制研究

金属粉末床激光熔融路径规划与控制研究

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作者：刘旭东湖南大学

学位级别：硕士

增材制造由于能够缩短新产品开发周期、满足人们的个性化需求,因而成为当前研究的热点。金属粉末床激光熔融能成形复杂结构的金属件,是金属增材制造的主要工艺之一。扫描路径规划与控制是实施金属粉末床激光熔融工艺的重要环节,研发合... 详细信息

增材制造由于能够缩短新产品开发周期、满足人们的个性化需求,因而成为当前研究的热点。金属粉末床激光熔融能成形复杂结构的金属件,是金属增材制造的主要工艺之一。扫描路径规划与控制是实施金属粉末床激光熔融工艺的重要环节,研发合理的路径规划与控制方法,可以为新材料或新结构零件的成形提供灵活便捷的工艺参数调整空间。为此,本文开展了面向自主开发的金属粉末床激光熔融设备的路径规划与控制研究,工作内容如下:(1)STL数据模型的可视化处理。本文首先分析了增材制造标准文件格式STL的文本格式和二进制格式的数据结构特征,采用Visual C#编程语言和OpenGL图形程序编程接口,实现了STL格式文件的读取、模型显示及交互操作,以方便用户对模型进行观察。(2)提出分层算法与扫描路径优化方法。通过对当前STL数据模型的分层切片算法的分析,提出了一种新的基于三角形Z轴坐标的分层算法,实现数据模型的分层处理;对常用的路径规划算法进行实现;针对分区扫描中的分区拼接问题提出扫描路径优化方法。(3)激光扫描路径控制模块开发。针对金属粉末床激光熔融设备中激光器与扫描振镜的协同控制需求,结合RTC5控制卡的工作流程,开发了基于RTC5的激光扫描路径控制模块,实现了高精度、高效率的激光扫描路径控制。(4)成形试验。采用自主研制的金属粉末床激光熔融机,在激光功率125W、扫描速度50mm/s、铺粉厚度0.08mm和搭接率50%的工艺参数下进行分区扫描成形试验,所得试件的抗拉强度较优化前提升了4.1%,验证了分区拼接路径优化方法的有效性。

关键词：金属粉末床激光熔融模型可视化路径规划路径控制

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粉末床激光熔融增材制造不锈钢件的致密度研究

粉末床激光熔融增材制造不锈钢件的致密度研究

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作者：陈阳生湖南大学

学位级别：硕士

金属粉末床激光熔融可直接快速制造出复杂结构形状的金属件,是当今增材制造的重要工艺之一。但是由于其成形过程复杂、影响因素众多,成形件的致密度经常无法达到使用要求。本文对金属粉末床激光熔融成形的金属件致密度进行了系统的试验... 详细信息

金属粉末床激光熔融可直接快速制造出复杂结构形状的金属件,是当今增材制造的重要工艺之一。但是由于其成形过程复杂、影响因素众多,成形件的致密度经常无法达到使用要求。本文对金属粉末床激光熔融成形的金属件致密度进行了系统的试验研究。具体研究内容如下:成形基础试验研究。为研究工艺参数对成形件致密度的影响,建立工艺参数与致密度的相关关系,首先单道扫描试验了 316L不锈钢粉末的成形特性;然后进行了单层搭接正交试验,得到了激光功率、扫描速度、搭接率对成形表面质量的影响规律,确定首层熔合良好的工艺参数。成形件致密度试验。试验成形不锈钢厚实件,通过排水法测出其致密度,得出了激光功率、扫描速度、搭接率对成形件致密度的影响规律,激光功率对其影响最大、搭接率次之、扫描速度最小,并对铺粉层厚进行优化。铺粉层厚0.06mm、激光功率P=150W、扫描速度F=60mm/s、搭接率η=55的工艺参数成形件致密度最高。另外,探究了利用图像法计算成形件孔隙率,定量分析其致密度,并对激光能量输入密度与致密度的关系进行了初步的研究。成形件显微组织分析表明金相组织主要为等轴晶和柱状晶,晶粒细小;力学性能分析表明,与铸造件相比屈服强度提高明显,抗拉强度相当,延伸率较低;致密度越高,力学性能越好。成形件结构对致密度影响的试验研究。薄壁、网状结构成形试验研究表明,一定工艺参数下,薄壁、网状结构较厚实结构由于其扫描矢量长度小,散热效果好,热积累小,其致密度高于厚实结构。但是薄壁、网状结构易粘结粉末、成形尺寸精度差。

关键词：增材制造金属粉末床激光熔融致密度工艺参数成形件结构

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