扫描方式对激光选区熔化成形316不锈钢性能的影响

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1、学术论文RESEARCH扫描方式对激光选区熔化成形316不锈钢性能的影响胡全栋，孙帆，李怀学，巩水利(中航工业北京航空制造工程研究所高能柬流加工技术重点实验室，北京100024)【摘要】为了揭示激光选区熔化成形过程中熔池行为，以316不锈钢粉末为对象展开激光选区熔化试验，研究了激光选区熔化成形时不同的扫描方式对成形件内部缺陷、微观组织以及室温拉伸性能的影响。结果表明：将层片分区短线扫描成形可以有效地控制成形零件内部的气孔缺陷；与无分区长线扫描相比，采用分区短线扫描后零件内部组织呈现明显的柱状且晶粒尺寸较大。关键词：激

2、光选区熔化；增材制造；扫描方式；缺陷；微观组织EffectsofScanningPatternsontheDefectsandMicrostructureof316StainlessSteelFabricatedbySelectiveLaserMelting(SLM)HUQuandong，SUNFan，LIHuaixue，GONGShuili(TheKeyLaboratoryofPowerBeamProcessingTechnology,AVICBeijingAeronauticalManufacturingTech

3、nologyResearchInstitute，Beijing100024，China)IABSTRACTlInordertodisclosethebehaviorofmoltenpoolduringtheSelectiveLaserMelting(SLM)process，thisP印erfocusoneffectsofscanningpatternsonthedefectsandmicrostructureof316stainlesssteelfabricatedbVSLM．Theresultsshowthatdi

4、vidingthepartareainsmallrectangularsectorsdecreasedporesdefectsinthepartsfabricatedbySLM．Atthesametime。themierostructureof316stainlesssteelistypicalcylindricalcrystalandhavelargersizeinpartsfabri．caredbydividingthepartareainsmallrectangularsectors．Keywords：Sele

5、ctiveLaserMelting(SLM)；Additivemanufacturing；Scanningpatterns；Defects；MicrostructureDoI：10．16080／j．issnl671-833x．2016．1／2．124激光选区熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)技术是由德国Frauhofer研究所于1995年最早提出，在金属粉末选择性烧结基础上发展起来的。该技术可一次性地直接制造出致密度接近100％的金属零件，且制造出的金属零件具有良好的尺寸精度及表面质量[1-2

6、]o但是在金属粉末熔化与凝固的过程中存在以下主要问题：(1)发生球化而使致密度下降，表面粗糙[31；(2)零件内部具有很大的应力，容易导致裂纹与翘曲变形州；(3)成形件内存在熔合不良及气孔等缺陷。影响SLM成形金属零件质量的因素很多，国内外研究人员对此也展开了大量的基础研究工作。英国的Morgan嘲等研究了半导体泵浦Nd：YAG激光器SLM成形过程中激光脉冲频率、扫描速度、扫描间距对316L不锈钢成形件密度的影响。Li等[61研究了316L不锈钢SLM成形过程中的球化现象产生的机理并提出了一些改进方法。比利时的Mer

7、eelis【71研究了316L不锈钢熔化成形时残余应力的影响和机制，并提出了一些解决124航空制造技术·2016年第1／2期方法。Kruth等[41研究了扫描策略对SLM成形过程热应力的影响。本文通过316不锈钢粉末选区激光熔化成形试验，对比研究了不同的扫描策略对SLM成形零件内部缺陷和组织的影响。1试验设备、材料及方法1．1试验基本原理及设备本次316不锈钢零件激光选区熔化成形试验是在中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室建立的激光选区熔化设备M360上完成的，基本流程如图1所示。该设备由光纤激光

8、器、振镜扫描系统、高精密铺粉装置、气体循环再生系统及控制系统等几部分组成。本次试验采用的主要工艺参数如表1所示。1．2试验材料试验所选用的材料尺寸为250mm×250ram的316不锈钢基板和粒度为60I．tm以下的316不锈钢球形粉学术论文图1激光选区熔化流程图Fig．1FlowchartofSLM表1316不锈钢激光选区熔化成形主要工艺参数