激光增材制造高性能金屬零部件技術(shù)具有成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成型精度高,成型性能優(yōu)良等特點(diǎn)
,是當(dāng)前復(fù)雜精密金屬零部件或大尺寸主承力金屬構(gòu)件一次性整體成形最具前景的應(yīng)用技術(shù)之一,它不僅是鑄造
,鍛造,焊接與機(jī)械加工等傳統(tǒng)加工方法的有益補(bǔ)充,而且是開(kāi)啟了一種全新的金屬零件制造模式
,具有重要的戰(zhàn)略研究意義。目前
,激光增材制造高性能金屬零部件技術(shù)主要有兩種典型方法
,一種是基于同步送粉的
激光熔覆沉積技術(shù)LENS(LaserEngineeredNetShaping),另外一種是基于鋪粉的選區(qū)激光熔化技術(shù)SLM(Selective Laser Melting)。
LENS原理介紹
先對(duì)兩種技術(shù)的原理做簡(jiǎn)要說(shuō)明,LENS聚焦激光束在控制下,按照預(yù)先設(shè)定的路徑,進(jìn)行移動(dòng),移動(dòng)的同時(shí),粉末噴嘴將金屬粉末直接輸送到激光光斑在固態(tài)基板上形成的熔池,使之由點(diǎn)到線、由線到面的順序凝固,從而完成一個(gè)層截面的打印工作。這樣層層疊加,制造出近凈形的零部件實(shí)體
。
SLM原理介紹
上述兩種技術(shù)因其成型方式與工藝參數(shù)的差別,導(dǎo)致二者在熔池形貌,冷卻速度
,凝固組織及其力學(xué)性能等若干材料成型基礎(chǔ)方面存在較大差異。
熔池形態(tài)對(duì)比
LENS與SLM不同工藝條件下,熔池形貌與尺寸完全不同
,導(dǎo)熱模式與熱影響效應(yīng)也不同,進(jìn)而最終影響到合金的組織與性能
,微光斑SLM與大光斑LENS工藝熔池冷卻速度的差異最高可以達(dá)到4個(gè)數(shù)量級(jí)
,冷卻速率的大小決定晶粒的大小,雖然兩種工藝晶格的平均體積隨能量輸入的增加而增加
,然而晶柱尺寸隨冷卻速度的卻有著不同的趨勢(shì)
。
在LENS的成型過(guò)程中,柱狀晶的尺寸與冷卻速率滿足線性關(guān)系,而SLM過(guò)程中柱狀晶尺寸與冷卻速度平方根的倒數(shù)成三次函數(shù)關(guān)系
,與傳統(tǒng)理論不符,再加上熔池散熱方向的單向性等
,使的LENS工藝比SLM工藝更容易形成粗大的柱狀晶組織
。
熔池加工形成過(guò)程中最小基本單元,熔池特征的穩(wěn)定事整個(gè)加工過(guò)程乃至最終成型零件組織性能穩(wěn)定的保障,在SLM成型過(guò)程中
,光斑直徑屬于亞毫米級(jí),單層厚度也比較薄
,因此熔池的體積較小
,熔池的形貌,尤其是熔池深度比
,則表現(xiàn)出“小孔效應(yīng)”
。
下圖為不同工藝下熔池縱截面形貌圖
(作者:三的部落 MR.GAO)
(責(zé)任編輯:admin)
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