不锈钢丝基激光增材制造成形工艺研究

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1、硕士学位论文不锈钢丝基激光增材制造成形工艺研究CHARACTERISTICSOFWIRE-BASEDLASERADDITIVEMANUFACTURINGFORSTAINLESSSTEEL申发明哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG456.7学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文不锈钢丝基激光增材制造成形工艺研究硕士研究生：申发明导师：李俐群教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG456.7U.D.C:621.791Disse

2、rtationfortheMasterDegreeinEngineeringCHARACTERISTICSOFWIRE-BASEDLASERADDITIVEMANUFACTURINGFORSTAINLESSSTEELCandidate:ShenFamingSupervisor:Prof.LiLiqunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialsProcessingEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefe

3、nce:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文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

4、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

5、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。关键词：丝基激光增材制造；冷丝；热丝；熔池特性；典型样件-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWire-basedLaserAdditiveManufacture(WLAM)isanimportantdirectioninmetalmaterial’

6、s3Dprinttechnology.Itcanmanufacture3dimensionpartbythelappinglayerbylayerofwire,whichisthefillingmaterial.IntheAdditiveManufacturewiththeheatresourceoflaser,thepowder-basedcapturesthemajorwhilethewire-basedconquestsminor.Smallerpollution,highermaterial’susage,bettereconomy,higherformationefficie

7、ncyaretheadvantageofWire-basedLaserAdditiveManufacturecomparingwithpowder-based.Inthispaper,comparationofWLAM’stechnologicalcharactersandpropertiesundertheconditionsofheatwireandcoldwirewiththefillingmaterialof316Lstainlesss