1 上海大学材料科学与工程学院, 上海 200444
2 芜湖市金属基复合材料激光增材制造工程技术研究中心, 安徽 芜湖 241000
3 安徽工程大学材料科学与工程学院, 安徽 芜湖 241000
4 之江实验室智能机器人研究中心, 浙江 杭州 310027
5 玉溪新兴钢铁有限公司, 云南 玉溪 653100
为提高仿人机器人的步行能效, 改善其动态平衡性能, 借助拓扑优化对机器人小腿进行轻量化设计, 小腿结构由分体装配式结构重新设计为一体化结构, 零件由11个减少为1个。通过相图热力学计算, 获得AlSi10Mg热物理性能, 在此基础上开展小腿的粉末床熔融增材制造AlSi10Mg工艺研究和粉末床熔融工艺仿真, 结果显示, 优化的激光工艺参数窗口为线能量密度90~210 J/m。在此基础上, 打印出成品, 最终实现了小腿打印件减重63.8%的目标, 满足了轻量化、一体化、力学性能和美观的统一。
拓扑优化 粉末床熔融 一体化设计 topological optimization laser powder bed fusion integrated design AlSi10Mg AlSi10Mg
1 安徽机电职业技术学院机械工程系, 安徽 芜湖 241002
2 安徽拓宝增材制造科技有限公司, 安徽 芜湖 241300
3 安徽工程大学机械与汽车工程学院, 安徽 芜湖 241000
采用选区激光熔化(SLM)技术制备了316L不锈钢,分析了激光功率、扫描速度和扫描间距与成形件裂纹的变化规律,研究了裂纹形貌、化学成分、析出相种类和晶粒尺寸,获得了不同位置处裂纹的组织结构和形成机理。结果表明,裂纹主要为微孔聚集形裂纹、气泡聚集形裂纹和热裂纹。随着线能量密度的增大,微孔聚集形裂纹和气泡聚集形裂纹数目先增加后减少,热裂纹单向逐渐增多。优化工艺参数(线能量密度为222.2 J/m, 激光功率为200 W, 激光扫描速率为900 mm/s)下,获得了无裂纹、无气泡、少量孔隙的成形件。
激光技术 选区激光熔化 线能量密度 裂纹 气泡 孔隙 缺陷分析 激光与光电子学进展
2019, 56(10): 101401
1 安徽机电职业技术学院 机械工程系, 安徽 芜湖 241000
2 安徽拓宝增材制造科技有限公司, 安徽 芜湖 241300
3 安徽工程大学 机械与汽车工程学院, 安徽 芜湖 241000
在拥有自主知识产权的TB-100选区激光熔化设备上制备316L不锈钢。通过金相显微镜对比研究了不同工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)下, 成形件的低倍缺陷, 主要为气泡、孔隙、微裂纹和宏观裂纹; 借助扫描电子显微镜和能谱仪, 研究了缺陷微观形貌特征和成分, 分析了各类缺陷形成机理。结果表明, 孔隙主要为圆气泡性孔隙、不规则形状工艺性孔隙和氧化物夹杂, 气泡主要为氢气泡和氮气泡, 而微裂纹主要为贯穿性孔隙以及内应力过大导致的热裂纹, 宏观裂纹主要为由于残余应力过大导致的层状裂纹, 属于冷裂纹。引入线能量密度(E＝P/v)为综合参数, 随着线能量密度的增大, 孔隙逐渐减少, 但是当线能量密度达到400 J/m时, 出现裂纹, 且大量出现气泡缺陷, 随着线能量密度的继续增大, 裂纹逐渐增多; 当线能量密度达到583 J/m时, 主要为裂纹缺陷, 气泡减少; 当线能量密度达到875 J/m时, 裂纹呈条状且尺寸明显增大, 裂纹与裂纹之间已相互连接。经分析测试验证, 316L不锈钢较优的工艺参数为激光功率190～210 kW, 激光扫描速度800～1 000 mm/s, 扫描间距0.90～0.11 mm, 此区间线能量密度200 J/m左右, 无裂纹, 基本无气泡, 存在少量孔隙, 产品致密度达99.7%。
选区激光熔化 线能量密度 裂纹 气泡 孔隙 缺陷分析 selective laser melting line energy density crack bubble pore defect analysis
