金屬粉末激光選區(qū)燒結過程的特征探討
2012-12-27
自從快速成形技術誕生以來，金屬零件的快速制造就成為一個令人矚目的研究方向[1~3]。其中選區(qū)激光燒結（Selective Laser Sintering，簡稱SLS）技術因可進行金屬零件的快速制造而倍受關注。到目前為止，人們的研究主要集中在高低熔點二種金屬粉末混合或在金屬粉末中混合某種粘結劑，用較小的激光功率燒結成形金屬零件[4~5]，而對用大功率激光直接燒結金屬粉末成形金屬件研究較少。本文是在以前研究工作的基礎上[6~7 ]，從分析燒結現(xiàn)象入手，弄清金屬粉末激光直接燒結過程的基本特征，進一步探討燒結過程的基本規(guī)律，使人們對采用大功率激光直接燒結金屬粉末成形金屬件有一個比較完整而清晰的認識。
在激光束的作用下，靠近能束光斑中心附近，其熔體的表面溫度最高，而偏離中心區(qū)域越遠，其表面溫度越低。相應地，對于金屬熔體，其表面張力場的分布規(guī)律為熔池中心表面附近的表面張力值最低，而熔池邊緣附近的表面張力值最高。這樣在熔池中就產(chǎn)生了強制對流的機制。在垂直掃描方向的平面內，會產(chǎn)生一定方向流動的多個力偶，如圖4所示。根據(jù)已有研究成果[8]，表面熔體流速可達8.2m/s。高速流動的熔體不僅加快了金屬的傳熱和傳質，而且能將周圍的粉末粘接進來。新的粉末進入熔池，使得熔池的不同部分溫差加大，熔體流動加快。粉層越厚，粘接粉末越多，成形尺寸不易控制。在沿著掃描方向上，隨著激光向前運動，熔池后沿的凝固區(qū)有一部分金屬來自前方熔化區(qū)的回流，回流量的多少主要取決于熔池光斑中心表面的最高加熱溫度，熔池光斑中心表面溫度越高，熔池表面張力梯度越大，熔體的回流量越多。回流量的多少決定了燒結成形結果，其典型的成形結果可能成為：①一串圓球；②粗細不一的燒結線；③光滑的燒結線。作者經(jīng)過大量的實驗表面，只有在適當?shù)墓に嚄l件下，如采用較小的粉層厚度和較大的激光功率，加大光斑中心和熔池后沿的凝固區(qū)的溫度差，增加了熔池前方熔體的回流量，可以燒結成形光滑的直線
金屬粉末的導熱系數(shù)僅與周圍空氣的導熱系數(shù)成正比，而沒有金屬粉末的導熱系數(shù)項。這說明金屬粉末的導熱系數(shù)是相當?shù)偷摹Ｔ谶@種情況下基體不能作為傳熱體，熔池傳熱條件的變化影響著凝固組織的形貌，燒結線不存在與基體聯(lián)生生長的枝晶；組織形態(tài)主要是等軸晶。
由于快速制造的零件是依靠一層一層疊加而成的，上下層之間必須牢固粘結，因此二種組織結構交替重復所占的體積是主要的，只有在零件的凸臺等起始部分才會出現(xiàn)單個組織形態(tài)。
來源 電能質量分析儀 http://www.kafenchem.com/
在激光束的作用下，靠近能束光斑中心附近，其熔體的表面溫度最高，而偏離中心區(qū)域越遠，其表面溫度越低。相應地，對于金屬熔體，其表面張力場的分布規(guī)律為熔池中心表面附近的表面張力值最低，而熔池邊緣附近的表面張力值最高。這樣在熔池中就產(chǎn)生了強制對流的機制。在垂直掃描方向的平面內，會產(chǎn)生一定方向流動的多個力偶，如圖4所示。根據(jù)已有研究成果[8]，表面熔體流速可達8.2m/s。高速流動的熔體不僅加快了金屬的傳熱和傳質，而且能將周圍的粉末粘接進來。新的粉末進入熔池，使得熔池的不同部分溫差加大，熔體流動加快。粉層越厚，粘接粉末越多，成形尺寸不易控制。在沿著掃描方向上，隨著激光向前運動，熔池后沿的凝固區(qū)有一部分金屬來自前方熔化區(qū)的回流，回流量的多少主要取決于熔池光斑中心表面的最高加熱溫度，熔池光斑中心表面溫度越高，熔池表面張力梯度越大，熔體的回流量越多。回流量的多少決定了燒結成形結果，其典型的成形結果可能成為：①一串圓球；②粗細不一的燒結線；③光滑的燒結線。作者經(jīng)過大量的實驗表面，只有在適當?shù)墓に嚄l件下，如采用較小的粉層厚度和較大的激光功率，加大光斑中心和熔池后沿的凝固區(qū)的溫度差，增加了熔池前方熔體的回流量，可以燒結成形光滑的直線
金屬粉末的導熱系數(shù)僅與周圍空氣的導熱系數(shù)成正比，而沒有金屬粉末的導熱系數(shù)項。這說明金屬粉末的導熱系數(shù)是相當?shù)偷摹Ｔ谶@種情況下基體不能作為傳熱體，熔池傳熱條件的變化影響著凝固組織的形貌，燒結線不存在與基體聯(lián)生生長的枝晶；組織形態(tài)主要是等軸晶。
由于快速制造的零件是依靠一層一層疊加而成的，上下層之間必須牢固粘結，因此二種組織結構交替重復所占的體積是主要的，只有在零件的凸臺等起始部分才會出現(xiàn)單個組織形態(tài)。
來源 電能質量分析儀 http://www.kafenchem.com/
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