不锈钢丝基激光增材制造成形工艺研究

摘要

激光增材制造技术是金属材料3D打印技术的一个重要研究方向。丝基激光增材制造是以丝材为填充材料，通过丝材逐层熔化堆积的方式，最终获得三维实体零件。目前国内外以激光为热源的增材制造大多是以粉材为主，而对丝基增材制造的研究较少。丝基激光增材制造技术相比于粉基制造具有污染小、材料利用率高、经济性好、成形效率高等优势。
　　本文以316L不锈钢丝材为填充材料，对比研究了冷丝、热丝两种条件下的丝基激光增材工艺特性与组织性能，实现了熔池尺寸稳定性的控制，并基于此完成了几个典型样件的丝基激光增材制造。
　　首先，对传统冷丝条件下的丝基激光增材制造的工艺特性进行了系统研究，解决了在不同送丝位置与角度条件下的连续成形的问题，并获得优化成形工艺。研究表明：为获得良好成形，丝端部应位于光斑有效作用区域内，在丝直径为1.2mm时，应距离沉积层表面0.4mm高度范围内。沉积的前几层因散热条件的变化，熔池尺寸也在逐层改变，通过改变激光功率可实现熔池尺寸的均匀性控制。在优化工艺范围内获得的单墙体沉积样件致密，未发现层间未熔合、气孔等缺陷，力学性能达到铸件水平。
　　进一步，开展了热丝激光增材制造工艺特性的研究，发现热丝可以明显拓宽激光增材制造工艺窗口，增大了连续沉积过程中丝材与光斑位置的适应范围；对复杂构件中涉及的拐角及搭接位置成形具有明显的改善作用。与常规冷丝增材制造相比，采用热丝工艺沉积试件，微观组织与力学性能良好。
　　最后，采用优化的丝基激光增材制造工艺参数，制备回字型、S型、格窗型三种典型的试验样件，工艺稳定、表面成形良好，证明了研究获得的丝基增材工艺的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3 本文研究背景和主要研究内容

第2章 试验材料与研究方法

2.1 试验材料与方法

2.2 试验设备

2.3 显微组织观察

2.4 性能分析测试

第3章 冷丝条件下丝基激光增材制造特性研究

3.1 引言

3.2成形过程稳定性研究

3.3成形尺寸的均匀性控制

3.4沉积过程熔池特性分析及控制

3.5沉积试样微观组织与性能分析

3.6 本章小结

第4章 热丝条件下丝基激光增材制造特性研究

4.1 引言

4.2热丝激光增材制造工艺特性

4.3沉积过程熔池特性分析及控制

4.4送丝角度对成形的影响

4.5热丝对特殊位置熔池稳定性改善

4.6热丝对激光增材成形效率的改善

4.7热丝激光增材的沉积层微观组织与性能分析

4.8本章小结

第5章 典型样件的丝基激光增材制造

5.1 引言

5.2样件形状的选取及难点分析

5.3热丝条件下回字形样件的制备

5.4 S形样件的制备

5.5 格窗型样件的制备

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

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