斜壁无支撑结构激光熔丝增材制造的驼峰形成机理

陈贤达 母中彦 罗曼乐兰 黄安国

摘要：以316L不锈钢为实验丝材，采用高速摄像研究了斜壁无支撑结构激光熔丝增材制造的驼峰缺陷形成规律。结果表明：即使丝材最初能够以液桥过渡的方式在基板上进行沉积，但在进行到多层堆积的过程中仍容易产生驼峰缺陷;在文中工艺实验条件下所产生的驼峰缺陷大小为4～9 mm，其形成周期约为430 ms;在倾斜条件下，熔池内由于液体重力所导致的流淌效应增强，液体在表面张力的剪切作用下形成驼峰。

关键词：激光熔丝增材;熔池流动;驼峰缺陷;斜壁无支撑结构;多层堆积

中图分类号：TG456.7      文献标志码：A         文章编号：1001-2003（2021）12-0023-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.12.05

0    前言

支撑是增材制造常用的工艺结构[1-6]。然而，复杂构件激光熔丝增材制造时，往往存在支撑体前期设计困难、后期去除繁琐等缺点，逐渐被斜壁无支撑结构所取代[7-9]。但应用该工艺结构时，重力对激光熔池影响大，导致明显的流淌效应，使得增材制造堆积层中易产生驼峰缺陷[10-14]。

關于驼峰缺陷的形成机理，国内外焊接工作者们已经开展了较为广泛而详细的研究，可通过优化工艺参数获得无驼峰缺陷的焊接接头[15-17]。但对于完全由焊缝组成且堆积层数在数十甚至上百层的激光熔丝增材制造成形工艺而言，已有研究难以解释驼峰缺陷产生的规律[18-21]。因此，有必要开展斜壁无支撑结构激光熔丝增材制造驼峰形成机理研究，揭示堆积层数对驼峰缺陷产生的影响规律，从而通过控制工艺参数获得无缺陷的成形件。……