激光选区熔化增材制造工艺研究及等离子体电信号分析

摘要

本文自主设计一套激光选区熔化增材制造粉末床装置，对316L粉末激光选区熔化增材制造工艺进行探究，采集了成形过程中的电信号，分析了等离子体电信号特征与单熔道成形特征。在激光选区熔化增材制造中单熔道成形是零件成形的基础，通过控制变量法，优化了不同激光功率、不同扫描速度和不同金属粉末厚度下成形工艺。 通过对单熔道宏观成形分析，本文将熔道分为五类：“球化熔道”、“断续熔道”、“缩颈熔道”、“合用熔道”和“过熔熔道”；通过对单熔道截面形状分析，将熔道截面形状分为四类：“球化形”、“浅滩形”、“热导形”和“深熔形”。只有熔道为“合用熔道”且截面形状为“热导形”的熔道成形才是较好的成形。在单熔道成形合适的基材下，选择合适的熔道的间距和合适的工艺参数可以更好控制成形过程。 将采集的电信号进行分析，结果表明不同的熔道截面形状对应不同的等离子体电信号时域特征和不同的自相关性特征，因此通过电信号可区分不同SLM成形。当熔道截面中基材没有发生熔化时，对应的电信号为空采信号；当熔道截面形状为“浅滩形”时，时域电信号在极少的时间出现负电压信号；当熔道截面形状为“热导形”时，对应的时域电信号大部分时间出现负电压信号，在少部分时间出现0V电压信号，并且自相关系数分析发现等离子体电信号不出现周期性特征；当熔道截面形状为“深熔形”时，电信号全为负电压信号，未出现0V电压，电信号电压幅值随热输入增大而增大，通过自相关分析，发现此时电信号存在周期性特征，周期随着热输入增大而增大。

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