激光粉末床成形316L不锈钢多孔结构力学性能研究

以激光粉末床熔融(LPBF)技术成形的316L不锈钢体心立方型(BCC)多孔结构为研究对象,利用有限元分析法对不同长径比杆件的体心立方型多孔结构进行了准静态压缩过程模拟,分析了其微观力学响应和应力-应变特性。制备了体心立方型316L不锈钢多孔结构样件,对样件进行了准静态压缩试验,分析了具有不同几何参数的多孔结构的应力-应变特性和变形失效机制,并对比分析了仿真和力学试验的结果。研究结果表明：当成形样件杆件的直径从0.4 mm增加到1.2 mm时,杆件直径的相对误差从15.00%下降到6.08%,直径越大,相对误差越小,等效弹性模量从59.87 MPa增加到3356.21 MPa,压缩屈服强度从1.02 MPa增加到33.88 MPa;有限元分析法与力学试验得到的等效弹性模量和压缩屈服强度的平均相对误差分别为9.11%和7.86%。     

变层厚打印对选区激光熔化试件成形质量影响研究

试验以选区激光熔化(SLM)成形TC4固定层厚成形试件的试验研究为基础,提出变层厚打印的成形方法,并设计变层厚叠加方式,探究变层厚试件与固定层厚试件成形质量之间的差异。研究表明,采用200μm→200μm→100μm→100μm→100μm→50μm→50μm→50μm→50μm层厚叠加模式成形的试件致密度高于200μm层厚试件,可达99.13%,成形速率为2.054 mm³/s,优于100μm层厚试件;所得的变层厚试件表面粗糙度为14.2μm,接近50μm层厚试件表面粗糙度。该变层厚试件抗拉强度可达1 047.76 MPa,延伸率可达6.18%,拉伸断口形貌与50μm层厚试件相似。通过显微组织分析可知,该变层厚试件具有较为致密的针状马氏体α′。变层厚成形可为SLM成形提供新的方法,在一定条件下,提高成形质量和成形速率,实现SLM高质量、高速率成形试件。     

间隔重熔对TC4选区激光熔化样件的影响研究

探究间隔重熔工艺对三维打印Ti-6Al-4V(TC4)样件成形质量的影响。在大层厚（150μm）成形提高样件成形效率的基础上，采取“表面重熔+内部间隔重熔”的优化工艺方式，以达到改善大层厚成形样件内部缺陷的目的。试验结果表明：与未重熔的样件相比，间隔重熔、逐层重熔样件对于表面质量改善效果显著，且二者差异较小。进行间隔一层重熔的样件，抗拉强度增加97.84 MPa，屈服强度增加了45.96 MPa，延伸率增加0.9%。从断口形貌看，间隔一层重熔样件除了孔洞数量略多于逐层重熔样件外，断裂特征均为河流状解理断裂及韧窝断裂，二者力学性能改善效果差异较小。研究同时发现：样件的显微组织与激光间隔重熔工艺方式有关，间隔一层重熔样件显微组织均匀致密，显微硬度最佳，达到442.1 HV0.3。     

基于层分区扫描策略的选区激光熔化成形试验研究

选区激光熔化(SLM)成形质量主要由工艺参数与扫描策略复合作用决定。试验通过不同成层方式、叠层方式以及扫描方式的复合得到层分区扫描策略。而后以不同层分区扫描策略复合适宜工艺参数组合成形TC4样件，并对其进行质量研究。结果表明，采用层分区扫描策略成形的样件其致密度更高，电镜下显微组织中针状马氏体分布更为细密。采用层分区扫描策略成形100μm层厚的样件时，其边长尺寸误差率及表面粗糙度变小。运用层分区扫描策略成形的样件较未运用层分区扫描策略形成的样件具有更强的成形环境调节能力，成形质量更优。