基于SLM技術(shù)的分層設(shè)計(jì)

選擇性激光熔化（SLM）技術(shù)正在成為汽車、醫(yī)療、化學(xué)、航空航天等不同行業(yè)所使用的快速成型制造技術(shù)，該技術(shù)可以大大縮短制造時(shí)間并優(yōu)化生產(chǎn)，同時(shí)可提供靈活的自由度來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新材料。該技術(shù)的擴(kuò)展需要具有特定性質(zhì)的不同材料，這樣才能使得最終的產(chǎn)品具有特定的特性。

研究了一種包括SLM技術(shù)參數(shù)分析的產(chǎn)品系統(tǒng)分層方法，該方法可在每個(gè)環(huán)節(jié)上來(lái)控制產(chǎn)品的最終質(zhì)量。上述環(huán)節(jié)包括SLM的軌道、層次以及3D物體形態(tài)。數(shù)學(xué)模擬提供了估計(jì)激光熔化期間的溫度分布，并能夠預(yù)測(cè)SLM的3D物體最終微結(jié)構(gòu)和特性。通過(guò)在AISI420不銹鋼上進(jìn)行一系列單軌道、單層和3D物體的制造來(lái)驗(yàn)證所提出方法的正確性。為了產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的單軌道，必須優(yōu)化激光功率、激光光斑尺寸和不同粉末層厚度的掃描速率。初始的粉末層厚度可以根據(jù)金屬粉末的顆粒粒度大小來(lái)進(jìn)行選擇。軌道的幾何特性影響后續(xù)掃描策略和粉末填充長(zhǎng)度的選擇。通過(guò)掃描策略來(lái)定義層的形態(tài)，其反過(guò)來(lái)也會(huì)影響層的厚度、規(guī)律性以及連續(xù)性。合成單層的高質(zhì)量應(yīng)保證下一層沉積的粉末層厚度不會(huì)變化很大，以防止單層的不規(guī)律性和球狀效應(yīng)的發(fā)生。因此，對(duì)于具有特定粒度大小分布的粉末，能量輸出參數(shù)和層厚度的選擇之間需要建立反饋機(jī)制。為了確定用于制造無(wú)孔SLM3D物體的最佳工藝參數(shù)，進(jìn)行了溫度場(chǎng)的數(shù)字模擬和孔隙形狀的分析。由于溫度分布和冷卻速度限定了燒結(jié)材料的特性，數(shù)字模擬能夠估計(jì)通過(guò)SLM產(chǎn)生具有所需微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的物體最佳條件。數(shù)字模擬結(jié)果表明，AISI420不銹鋼粉末的最佳工藝參數(shù)為：激光功率60W、光斑直徑70μm、掃描速度0.12m/s、陰影距離120μm和粉末層厚度40μm。采用雙區(qū)域掃描策略來(lái)提供無(wú)孔高質(zhì)量SLM部件。

刊名：Additive

Manufacturing（英）

刊期：2015年第7期

作者：I.Yadroitsev et al

編譯：孫堅(jiān)