摘要：目的探讨激光功率和扫描速度对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形钛合金Ti-6Al-4V薄壁结构边缘挂渣及尺寸精度的影响规律,分析薄壁中心凹陷的主要原因。方法设计两因素三水平试验,对比不同工艺参数下成形薄壁上表面微观形貌及壁厚,提出影响薄壁边缘挂渣和中心凹陷的机理,并得到较优的成形工艺参数。结果挂渣现象对薄壁尺寸精度的影响较大,薄壁的厚度越小,影响越大。当薄壁厚度达到2 mm时,边缘挂渣区域厚度明显减小。相较于扫描速度,激光功率对挂渣区域厚度的影响更大。采用低激光功率、较高扫描速度有助于减小挂渣区域厚度。激光能量密度越大,SLM成形薄壁尺寸误差越大,二者存在三次非线性关系。结论在低激光功率对应的低能量密度下,成形薄壁尺寸误差较小,当能量密度为44.44 J/mm^(3)时,薄壁获得了最小壁厚(529.37μm)。试验获得的成形薄壁结构误差最小的工艺参数为P=200 W,v=900 mm/s,h=50μm。SLM成形过程中的勾边扫描策略及残余应力导致的翘曲变形是造成薄壁中心凹陷的主要原因。

摘要：目的针对选区激光熔化成形316L不锈钢的晶粒生长行为难以被观测且观测成本高的问题,预测不同激光功率(P)、扫描间距(h)下选区激光熔化成形316L不锈钢的晶粒类型、尺寸大小及生长角度,探究不同P-h组合对晶粒生长行为的影响规律。方法基于元胞自动机模型,采用全因子法设计16种P-h组合,从微观尺度模拟不同成形面316L不锈钢的晶粒生长变化情况,并对模拟结果进行数据统计分析。结果在平行于激光扫描方向的xy平面上,分布着大量晶粒直径小于60μm的等轴晶;而在垂直于激光扫描方向的xz、yz平面上,晶粒直径大于120μm的柱状晶分布得更多。随着扫描间距的增大,xz、yz两平面上的平均晶粒尺寸不断减小,而xy平面上的平均晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势。当P=150 W、h=0.18 mm时,xy平面上的平均晶粒尺寸最小,绝大部分晶粒直径小于20μm,晶粒生长角度均匀分布在0°~90°,没有出现晶粒生长向大角度偏移聚集的现象。结论不同P-h组合能够通过改变熔池凝固时的冷却速率对选区激光熔化成形316L不锈钢的晶粒生长行为产生显著影响,在较低的激光功率下,适当提高扫描间距能够有效细化晶粒,减少晶粒生长向大角度偏移聚集的现象。