SLM成形薄壁件尺寸偏差预测与控制研究

目的 针对选区激光熔化成形薄壁件过程中存在的变形较大、精度低等问题,通过获得最优工艺参数区间来减小薄壁件的变形。方法 利用有限元软件分析薄壁件成形过程中温度场和应力场的演化规律;建立形变量预测模型并进行试验验证,研究工艺参数对薄壁件尺寸偏差的影响,得到激光功率、扫描速度与形变量之间的关系,实现对形变量的预测和控制。结果 随着扫描层数的增加,熔池的最高温度和热影响区也随之增大,等温线越密集,温度梯度越大,最终趋于稳定;薄壁件成形过程中,出现两侧壁边缘向内倾斜、上侧边缘出现内凹的现象,薄壁件的最大应力随层数的增加而减小,最大热应力主要分布在薄壁件底层的两端;形变量随激光功率的增大而增大,随扫描速度的增大而减小,薄壁件的形变量最小约为0.02 mm;试验验证所建立的数学模型误差在10%左右,误差较小,可以对形变量进行良好的预测和控制。结论 激光功率100~200 W、扫描速度800~1 000 mm/s为最优参数区间;降低能量密度可以有效降低薄壁件形变量,提高其精度。     

SLM成型316L体心立方点阵结构力学性能优化

为获得选区激光熔化成型力学性能更为优异的体心立方点阵结构模型，综合考虑多种结构参数的交互作用，通过响应曲面法分析了单胞杆径、杆长和杆倾斜角度等结构参数对点阵结构力学性能的影响。建立了结构参数与抗压强度及弹性模量关系的数学模型，进而优化得到最佳结构参数并进行试验验证。结果表明，单胞杆径对力学性能影响最大，随着单胞杆径的增大，点阵结构抗压强度与弹性模量增大，抗压强度最大为241.86 MPa,弹性模量最大为4.384 GPa。优化得到最佳结构参数为杆径Φ1.5 mm、杆长3 mm、杆倾斜角度60°,测得抗压强度为341.129 MPa,弹性模量为5.535 GPa,与优化前相比，抗压强度提高了41.044%,弹性模量提高了26.255%。与预测值相比，抗压强度与弹性模量的误差分别为2.194%和3.082%,两者相差很小，力学性能得到一定的提升。