激光增材制造薄壁件表面粗糙度以及翘曲变形的研究

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激光增材制造是一种新型的快速成型技术,具有周期短、自由度高、可制造复杂零部件等一系列优点。因此在众多领域被广泛应用,然而激光增材制造工艺中仍存在一些关键性问题如表面粗糙度、翘曲变形等问题。因此,开展对激光增材制造成形零部件表面粗糙度以及变形方面的研究具有重要意义。本文依据激光增材制造的技术特点,从单道多层薄壁件的宽高以及粗糙度出发,分别研究了不同工艺参数(如扫描速度、激光功率、脉宽、不同阶梯状脉冲)对激光增材制造成形件粗糙度的影响规律。结果表明调整激光功率和扫描速度都能有效的提高表面粗糙的,但是脉冲激光相比于连续激光而言在提高成形件的表面粗糙度上更有优势,且在激光峰值功率600W,脉冲周期为40ms时粗糙度Ra达到8.43μm。且当使用700W/15ms 60W/25ms的阶梯状脉冲时,粗糙度达到8.2μm。研究了扫描策略、扫描速度、激光功率、激光脉冲周期、脉冲占空比、脉冲能量分布、阶梯状脉冲对激光增材制造成形过程中基板翘曲变形的影响规律。结果得出:(1)双向扫描路径和层间停留有利于减小翘曲变形;(2)激光光功率越小、扫描速度越快越有利于减小基板的翘曲变形;(3)脉冲激光能有效的减小基板的翘曲变形,脉宽、占空比、脉冲能量分布以及脉冲波形对翘曲变形的减小有一定的调控作用,其中脉宽和占空比对减小翘曲变形的效果显著。
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