金属选区激光熔化系统设计及成型工艺研究

选区激光熔化成型(Selective laser melting, SLM)是在选区激光烧结成型(Selective laser sintering, SLS)基础上发展起来的直接利用金属粉末成型金属零件的快速成型方法。SLM技术不仅具备SLS技术成型时的灵活性，与SLS相比，在成型金属粉末时，SLM可以直接获得冶金结合、组织致密同时又具有高尺寸精度的金属制件，免去了SLS成型后再进行低熔点金属浸渗的后处理过程，在成型金属制件中具有明显的优势。虽然SLM成型在材料选择、设计自由性以及研发成本控制等方面具有很大的竞争优势，但由于其加工时的对设备要求较高以及关键技术的不稳定性，还没有被大规模推广与应用。针对SLM成型的研究还停留在工艺实验、应用领域探索和设备硬件开发的阶段，对其中涉及的设备结构、工艺控制与优化、不同材料的成型机理等还有待深入探讨。针对上述问题，本文主要从成型设备以及成型工艺两个主要方面对SLM技术进行研究。SLM成型设备是研究开展的基础。根据市场现有SLM资料，自行设计了一套SLM成型设备。针对现有SLM设备铺送粉结构的不足进行了优化改进，采用粉盒式铺送粉结构，将原本需要两套运动机构完成的两个动作整合为一个动作，送粉过程的同时完成铺平。同时对振镜的扫描精度、Z轴的运动精度以及成型室的保护效果进行了测试，结果显示设备的扫描精度在50μm以内，Z轴的升降误差在10μm以内，运动精度完全能够达到成型要求，成型的保护效果也能够满足成型加工的需要。在所设计SLM设备的基础上，选用316L不锈钢金属粉末对成型工艺进行研究。首先对单道熔道成型进行研究，以确定一个较为合理的加工窗口范围。在单道成型加工窗口的基础上，设计一组正交试验，并对正交试验所得成型面的表面形貌以及表面粗糙度进行分析测试，通过分析正交试验中各个因素对成型表面质量的影响，优化得出较为合适的加工参数。在此基础上对金属粉末进行多层成型，得到规则致密的成型制件。对制件进行显微硬度测试，结果显示所得制件的硬度值较高平均约为370HV，远高于普通的316L不锈钢制件。