金属激光直接沉积增材制造工艺研究.pdf
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1、2023.01电子乐园271Summarize 综述1 引言随着制造业的发展,对零件精度和性能的要求越来越高,传统的加工方式已经无法满足需求。增材制造作为一种新兴的制造工艺,在适宜的工艺参数下,可以直接制造出高精度、高密度、无缺陷的金属零件,大大缩短了制造周期和成本,具有广阔的应用前景。其中,金属激光直接沉积增材制造是一种应用广泛的工艺,已经在航空、汽车、医疗等领域得到了广泛应用。2 基本背景及介绍2.1 制造业对零件精度和性能的迫切需求制造业对零件的精度和性能有着极其迫切的需求,这是因为在现代制造业中,许多产品都需要使用高精度和高性能的零件才能保证其质量和性能的稳定性。例如,在航空航天、汽车
2、、医疗器械、电子设备等领域,都需要使用高精度的零部件来确保产品的安全、可靠和长寿命。此外,随着科技的不断进步,人们对于产品性能的要求也越来越高,这就需要制造业能够提供更加精细和高性能的零部件来满足市场的需求。而增材制造工艺的出现能够通过逐层堆叠材料来构造零件,从而突破传统制造技术的限制,制造出更为复杂、更为精密、更为高性能的零件,越来越成为工业制造的重要工具。2.2 金属激光直接沉积增材制造工艺的原理金属激光直接沉积增材制造(Laser Metal Deposition,简称 LMD)是一种先进的制造技术,它利用激光束将金属粉末直接熔化成零件形状,从而实现金属部件的快速制造。其原理是将金属粉末
3、通过喷嘴喷射到激光束的焦点区域,激光束将金属粉末瞬间加热到熔化点以上的温度,形成熔池,通过控制激光束和工件的移动轨迹,实现金属部件逐层增材成型的过程。而金属激光直接沉积增材制造工艺可以直接将数字化三维模型转化为金属零件,一次性完成加工制造,大大提高了制造效率和精度。3 金属激光直接沉积增材制造工艺的分析通过这种技术,可以制造出高精度、复杂形状的金属零件,并且具有比传统制造工艺更高的制造效率和灵活性。该技术的研究重点包括激光熔化成形过程中的热传递、物理和化学变化、金属沉积行为以及材料性能等方面。研究结果表明,控制激光能量、扫描速度、扫描路径和粉末喷射等参数对于控制成形质量和材料性能非常关键。金属
4、激光直接沉积增材制造工艺流程一般包括以下几个步骤。一、设计建模:根据零件的设计要求,利用计算机辅助设计软件(CAD)进行建模,生成零件的三维模型。二、切片处理:将零件模型转化为逐层增材制造所需的切片数据,切片厚度一般为几十至几百微米。三、准备工作件:将待加工的工件安装在增材制造设备的加工台上,并进行表面处理,确保其平整度和表面光洁度。四、加工过程:在设备的工作区域内,利用激光束进行金属激光直接沉积增材制造工艺研究文/黄清宇1 钟 颖2摘 要:金属激光直接沉积增材制造是一种新型的制造工艺,通过激光束在金属粉末上进行扫描熔融,逐层沉积构建出三维金属零件。本文对该技术进行了深入研究和探讨,首先对金属
5、激光直接沉积增材制造进行基本背景及介绍,其次分析了金属激光直接沉积增材制造工艺的特点,最后总结了影响制造质量关键因素的研究分析。关键词:金属激光直接沉积;增材制造;工艺参数;关键因素电子乐园2023.01272综述 Summarize逐层增材制造,即按照预定的路径,将金属粉末喷射到激光束的焦点处熔化成固体,并逐层沉积成所需的零件形状。五、精加工处理:制造完成后,需要对零件进行精加工处理,包括去除表面多余的材料、磨光等。六、检测和测试:对零件进行检测和测试,确保其尺寸精度、机械性能等符合设计要求。4 影响制造质量关键因素的研究分析4.1 激光功率及扫描速度激光功率是指激光束单位时间内传输的能量。
6、在金属激光直接沉积增材制造中,激光功率对打印速度和打印质量都有影响。高功率的激光能够更快地熔化金属粉末,从而提高打印速度,但同时也会引入更多的热量,使得打印出的构件存在热应力、气孔和裂纹等问题,降低打印质量。低功率的激光则需要更长时间来完成相同的打印任务,因此会降低生产效率。因此,激光功率需要在打印速度和打印质量之间进行权衡。除了影响打印速度和质量之外,激光功率还影响金属激光直接沉积增材制造的材料选择。一些高熔点的金属如钨、钼和铂,需要更高的激光功率才能完全熔化。因此,激光功率的大小直接决定了能否使用这些材料进行金属激光直接沉积增材制造。扫描速度是指激光束在工作平台上扫描的速度,通常以毫米/秒
7、为单位。它决定了激光在打印构件时的移动速度。较高的扫描速度可以提高打印效率,但同时也会导致打印质量下降。高速扫描下的激光束熔化金属粉末的时间更短,而且激光照射的区域也更小,使得打印出现颗粒堆积、表面光滑度降低、形状变形等问题,从而影响打印质量。因此,扫描速度需要在打印效率和质量之间进行平衡。除了影响打印速度和质量之外,扫描速度还直接影响打印成本。较慢的扫描速度会导致打印时间和能耗的增加,从而增加生产成本。因此,为了在保证质量的前提下降低成本,需要选择合适的扫描速度。激光功率和扫描速度在金属激光直接沉积增材制造中具有以下特殊属性。第一、相互作用性:激光功率和扫描速度之间存在相互作用关系,调整其中
8、一个参数会影响另一个参数的选择。因此,在进行金属激光直接沉积增材制造过程中需要综合考虑这两个参数的作用。第二、材料依赖性:不同材料需要不同的激光功率和扫描速度,因此需要针对不同的材料选择适当的参数,以获得最佳的打印效果。第三、时间依赖性:激光功率和扫描速度的选择还与打印时间有关。在生产效率和质量之间进行平衡时,需要考虑到打印时间的限制。以航空航天行业中的涡轮叶片制造为例,涡轮叶片是航空发动机中的重要部件,对发动机的性能和寿命有重要影响。传统的涡轮叶片制造工艺采用铸造和加工等传统技术,由于工艺复杂、成本高、生产周期长等问题,难以满足航空工业中对高精度、高性能、高可靠性的要求。而采用金属激光直接沉
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