基于SLM技术的分层设计

基于SLM技术的分层设计

选择性激光熔化（SLM）技术正在成为汽车、医疗、化学、航空航天等不同行业所使用的快速成型制造技术，该技术可以大大缩短制造时间并优化生产，同时可提供灵活的自由度来验证设计和开发新材料。该技术的扩展需要具有特定性质的不同材料，这样才能使得最终的产品具有特定的特性。

研究了一种包括SLM技术参数分析的产品系统分层方法，该方法可在每个环节上来控制产品的最终质量。上述环节包括SLM的轨道、层次以及3D物体形态。数学模拟提供了估计激光熔化期间的温度分布，并能够预测SLM的3D物体最终微结构和特性。通过在AISI420不锈钢上进行一系列单轨道、单层和3D物体的制造来验证所提出方法的正确性。为了产生连续稳定的单轨道，必须优化激光功率、激光光斑尺寸和不同粉末层厚度的扫描速率。初始的粉末层厚度可以根据金属粉末的颗粒粒度大小来进行选择。轨道的几何特性影响后续扫描策略和粉末填充长度的选择。通过扫描策略来定义层的形态，其反过来也会影响层的厚度、规律性以及连续性。合成单层的高质量应保证下一层沉积的粉末层厚度不会变化很大，以防止单层的不规律性和球状效应的发生。因此，对于具有特定粒度大小分布的粉末，能量输出参数和层厚度的选择之间需要建立反馈机制。为了确定用于制造无孔SLM3D物体的最佳工艺参数，进行了温度场的数字模拟和孔隙形状的分析。由于温度分布和冷却速度限定了烧结材料的特性，数字模拟能够估计通过SLM产生具有所需微结构和力学性能的物体最佳条件。数字模拟结果表明，AISI420不锈钢粉末的最佳工艺参数为：激光功率60W、光斑直径70μm、扫描速度0.12m/s、阴影距离120μm和粉末层厚度40μm。采用双区域扫描策略来提供无孔高质量SLM部件。

刊名：Additive

Manufacturing（英）

刊期：2015年第7期

作者：I.Yadroitsev et al

编译：孙坚