SLM成形悬垂结构翘曲变形分析及修正

SLM成形悬垂结构翘曲变形分析及修正摘要：SLM成形（即选择性激光熔化，SelectiveLaserMelting）是近年来应用广泛的一种快速成型技术，具有高精度、高效率等优点，可制备复杂的三维结构。然而，由于SLM成形过程中热处理过程和固化过程相互影响，容易导致成型结构的变形。本文以SLM成形悬垂结构为研究对象，对其翘曲变形进行了分析，并提出修正方法。通过建立有限元模型，探究了悬垂结构的变形原因，并研究了材料特性、热处理过程等因素对翘曲变形的影响，并提出了优化的成形参数和热处理方式。本文的研究对于进一步优化SLM成形工艺具有重要意义。关键词：SLM成形；悬垂结构；翘曲变形；有限元模型；热处理一、引言SLM成形是一种基于CAD模型的快速成形技术，通过激光束熔化金属粉末的方式进行零件制造。与传统制造技术相比，SLM成形具有制造速度快、能耗低、过程自动化等优点，广泛应用于航空、航天、汽车等领域。然而，SLM成形过程中热处理和固化过程相互影响，容易导致成型结构的变形，这对于制造精度和零件的力学性能造成影响。悬垂结构是一种典型的SLM成形结构，由于其特殊的形状和长跨度，容易出现翘曲变形。因此，对于SLM成形悬垂结构的变形进行分析和研究，对于提高SLM成形的制造精度和零件的力学性能具有重要意义。本文以SLM成形悬垂结构为研究对象，从悬垂结构的材料特性、成形参数和热处理方式等方面进行分析研究，并提出解决翘曲变形的方法。二、悬垂结构的翘曲变形分析悬垂结构简单来说就是悬挂在空中的结构，如图1所示。在SLM成形中，悬垂结构的制造需要考虑到热处理和固化过程的影响。图1悬垂结构示意图2.1悬垂结构的变形原因悬垂结构的变形主要由两个方面的因素所导致：材料热膨胀和残余应力。材料热膨胀是指在热处理过程中，由于材料受热而导致体积膨胀的现象。在SLM成形中，材料热膨胀是由于激光束照射将金属粉末熔化成液态，然后快速冷却形成固态而引起的。由于固体的体积小于液体，当材料熔化成液态时会发生体积增大的现象，形成热膨胀的应力。而在冷却过程中，材料体积会减小，导致低温区域的收缩应力。这些应力会对悬垂结构产生影响，导致翘曲变形。除此之外，还有一个重要的因素是残余应力。残余应力是由于SLM成形中因材料热膨胀和冷却过程中固定局部区域所形成的应力。这些应力保留在固体中，虽然它们没有立即破坏固体，但它们会影响结构的形状。残余应力可以通过调整热处理过程的温度和时间来控制。2.2成形参数对翘曲变形的影响在SLM成形中，成形参数会直接影响结构的性能和变形程度。研究表明，成形参数对SLM成形悬垂结构的翘曲变形有很大的影响。成形参数主要包括激光功率、扫描速度、层厚以及激光束直径等。其中激光功率和扫描速度是影响热输入的主要因素，层厚和激光束直径的影响主要是通过减小成形过程中的应力来达到目的。当激光功率和扫描速度增加时，悬垂结构的变形程度会加剧。这是因为激光功率和扫描速度的增加会导致材料的温度升高，从而增加了悬挂结构内部的热膨胀应力。因此，在SLM成形中应选择合适的激光功率和扫描速度以减少悬垂结构的变形。2.3热处理对翘曲变形的影响SLM成形后，悬垂结构需要经过热处理来消除残余应力。通过研究发现，通过调整热处理过程可以减小悬垂结构的翘曲变形。热处理的两种方法分别是线性热处理和循环热处理。线性热处理是指将悬垂结构通过升温到某个温度，保持一段时间后再冷却。而循环热处理是指在一定温度范围内交替升温降温。研究表明，循环热处理可以更好地消除残余应力，从而减小悬挂结构的变形量。三、修正方法针对悬垂结构的变形问题，本文提出了以下修正方法：（1）减小激光功率和扫描速度，控制热输入（2）调整热处理参数，选择较优的热处理方式和参数（3）优化成形参数，减少悬垂结构的应力（4）通过调整材料性能来控制悬垂结构的变形四、结论本文以SLM成形悬垂结构为研究对象，对其翘曲变形进行了详细分析，并提出了解决方案。通过建立有限元模型，分析了悬垂结构的变形原因，并研究了成形参数和