选区激光熔化成型含间隙结构的尺寸精度和表面质量实验研究

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选区激光熔化成型(Selective Laser Melting,SLM)技术能够直接成型结构复杂、高致密度以及优良机械性能的零件,也是直接制造“免装配机构”的理想技术。但是存在成型件的尺寸精度太低以及表面质量太差的问题。若免装配机构中运动副间隙处尺寸精度太低或表面质量太差,都可能导致成型的机构无法满足其运动要求。针对上述问题,本文以免装配机构为背景,针对SLM成型的含间隙结构,主要以实验的方法,研究了各个工艺参数对含间隙结构尺寸精度与表面质量的影响,以寻求最优的参数组合。全文主要内容和成果如下:(1)分析了不同摆放方式下SLM成型含间隙结构的成型情况。摆放方式主要分为水平摆放、竖直摆放和倾斜摆放三种。水平摆放方式成型容易导致运动副间隙内部出现大量支撑,支撑去除较为困难,竖直摆放方式成型降低了加工效率,并且当成型件长度超过成型室最大量程时会导致加工失败,当对成型件质量要求不是太高时优先选择倾斜摆放的方式成型。(2)对倾斜间隙与曲面间隙的间隙大小进行了成型实验分析,为后续工艺实验上成型件间隙大小的选择提供了实验依据。通过用SLM成型了不同间隙大小的倾斜间隙与曲面间隙。通过分析得知,无论倾斜间隙与曲面间隙,当间隙大小为0.4mm时,此时间隙成型良好,并且相对误差在20%以下,故后续工艺实验的成型件间隙大小选择为0.4mm。(3)分析了SLM成型过程中阶梯效应对运动副间隙处尺寸精度与表面质量的影响,其中最大的影响因素都为倾斜角度和粉末层厚。理论分析了成型过程中的表面缺陷(粉末粘粉现象、挂渣现象、球化现象、翘曲变形现象等)的形成原因以及对成型件尺寸精度与表面质量的影响,形成的原因主要是工艺参数设置不合理。其中挂渣现象对尺寸精度以及表面质量的影响最大。(4)研究了工艺参数对SLM成型含间隙机构尺寸精度的影响。尺寸精度随着激光功率的增大而逐渐变高,随着扫描间距和扫描速度的变大呈现先增大后减小趋势。扫描间距为0.08mm,激光功率为200w,扫描速度为600mm/s时尺寸精度最高。随着倾斜角度的增大尺寸精度变高,体能量密度为80J/mm3到110J/mm3时尺寸精度最高。(5)研究了工艺参数对SLM成型含间隙结构表面质量的影响。各个工艺参数均对表面质量有影响,成型件的表面粗糙度随着激光功率的增大而逐渐减小,随着扫描间距和扫描速度的增大呈现先减小后增大的趋势,最优的参数组合为扫描间距0.08mm,激光功率200w,扫描速度600mm/s。表面粗糙度随着倾斜角度的增大而逐渐变大,并且倾斜角度对悬垂结构的表面粗糙度的影响更大,当体能量密度为80J/mm3到110J/mm3时成型件的上下表面质量均为最好。
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