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选区激光熔化成形过程中不同参数对温度场的影响(一)

选区激光熔化成形技术(SelectiveLaser Melting,简称SLM)是近十几年才发展起来的新型快速成型(RapidPrototyping)技术。该技术能直接制造形状复杂、机械性能良好、高精度、致密度近100%的金属零件,无需或仅需简单后处理(如喷砂、抛光等)即可直接投入实际使用。SLM的工艺简单,成型材料范围广泛,是最有发展潜力的金属零件直接成型技术之一。

选区激光熔化的主要工作原理如图所示。首先,通过专用的软件对零件的CAD三维模型进行切片分层,将模型离散成二维截面图形,并规划扫描路径,得到各截面的激光扫描信息。在扫描前,先通过刮板将送粉升降器中的粉末均匀地平铺到激光加工区,随后计算机将根据之前所得到的激光扫描信息,通过扫描振镜控制激光束选择性地熔化金属粉末,得到与当前二维切片图形一样的实体。然后成形区的升降器下降一个层厚,重复上述过程,逐层堆积成与模型相同的三维实体。

选区激光熔化成形过程中不同参数对温度场的影响(一)

选区激光熔化成形的工作原理图

多层多道温度场的结果与分析

下图是奇数层与偶数层的温度云图。温度分布与用高速摄像机拍摄的实际温度分布相似。

选区激光熔化成形过程中不同参数对温度场的影响(一)

多层多道的温度场(功率170W;速度15m/min;搭接率为0)

结论:

①沿短边扫描时的最高温度略高于沿长边扫描的最高温度

短边扫描时,相邻扫描道之间扫描时间差比沿长边扫描的时间短得多,上一道的熔覆线及周围的被预热粉床还未完全冷却,下一道已经开始扫描,可以看到在图(b)、(d)、(f)前方A区仍高达1000多度。因此沿短边扫描时相邻道之间的预热作用更明显,瞬时最高温度也高于沿长边扫描时的瞬时最高温度。

②第1、2层的最高温度较后面4层高

这与热量通过底层传导的快慢有关,随着成形区域的增加,底部传热的实体增大,激光作用于粉末的能量更容易传播,因而后面4层的最高温度较低,但后面四层的整体温度较前两层高;当激光加工到第3层时,已加工层的散热作用与预热作用趋于平衡,因而最高温度逐渐趋于稳定。

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