悬垂圆孔激光选区熔化成形质量研究 
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Research on Forming Quality of Overhanging Round Hole by Selective Laser Melting
1 南京理工大学机械工程学院, 江苏 南京 210094
2 数控成形技术与装备国家地方联合工程实验室, 江苏 南京 210094
图 & 表
图 1. Ti-6Al-4V粉末形貌
Fig. 1. Morphology of Ti-6Al-4V powder
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图 2. (a)悬垂面边缘线和(b)(c)(d)(e)(f)不同扫描线角度下激光扫描路径示意图
Fig. 2. Schematics of (a) edge line of overhanging surface and (b)(c)(d)(e)(f) laser scanning path under different scanning line angles
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图 3. SLM成形悬垂圆孔特征试样
Fig. 3. Overhanging hole specimen formed by SLM
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图 4. 当激光功率为240 W,扫描速度为1650 mm·s-1时,SLM成形悬垂圆孔结构。(a)示意图;(b)内表面形貌
Fig. 4. Overhanging round hole structure formed by SLM with laser power of 240 W and scanning speed of 1650 mm·s-1. (a) Schematic; (b) internal surface morphology
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图 5. 悬垂圆孔结构台阶效应示意图
Fig. 5. Schematic of step effect in overhanging round hole structure
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图 6. 悬垂圆孔圆度随激光功率的变化
Fig. 6. Roundness of overhanging round hole versus laser power
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图 7. 圆孔悬垂面塌陷量随激光功率的变化
Fig. 7. Collapse amount on overhanging surface of round hole versus laser power
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图 8. 不同激光功率下悬垂圆孔第Ⅱ部分表面形貌的SEM图。(a)(b) 120 W;(c)(d) 150 W;(e)(f) 180 W;(g)(h) 210 W;(i)(j) 240 W
Fig. 8. SEM images of surface morphologies in part Ⅱ of overhanging holes under different laser powers. (a)(b) 120 W; (c)(d) 150 W; (e)(f) 180 W;(g)(h) 210 W; (i)(j) 240 W
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图 9. SLM成形圆孔悬垂表面粗糙度。(a) Ra;(b) Rz
Fig. 9. Overhanging surface roughness of round holes formed by SLM. (a) Ra; (b) Rz
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图 10. (a)悬垂圆孔第Ⅲ部分激光扫描轨迹;(b)悬垂圆孔第Ⅱ部分激光扫描轨迹;(c)悬垂圆孔侧面成形示意图
Fig. 10. (a) Laser scanning trajectory in part III of overhanging hole; (b) laser scanning trajectory in part II of overhanging hole; (c) schematic of forming of overhanging round hole side
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图 11. 轮廓扫描次数对SLM成形圆孔内表面不同区域的影响
Fig. 11. Effect of number of contour scans on different areas of inner surface of overhanging round hole formed by SLM
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图 12. 不同轮廓扫描次数下SLM成形圆孔第Ⅱ、Ⅲ部分的表面形貌。 (a) 1;(b) 2;(c) 3
Fig. 12. Surface morphologies of part Ⅱ and part Ⅲ of overhanging round hole formed by SLM. (a) 1; (b) 2; (c) 3
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表 1Ti-6Al-4V粉末化学成分(质量分数,%)
Table1. Chemical compositions of Ti-6Al-4V powder (mass fraction,%)
| Composition | Al | V | Fe | C | O | N | H | Mo | Mn | Cu | Sn | Y | Zr | Ti |
|---|
| Value | 5.5-6.75 | 3.5-4.5 | 0.14 | 0.007 | 0.13 | 0.007 | 0.002 | <0.05 | <0.05 | <0.05 | <0.05 | <0.05 | <0.05 | Bal. |
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表 2第一组实验的工艺参数
Table2. Process parameters in the first group of experiments
| Sample No. | Power P /W | Speed v /(mm·s-1) | Scanning strategy | Hatching spacing h /μm | Layer thickness t /μm |
|---|
| 1-1 | 120 | 1250 | Zig-zag | 105 | 30 | | 1-2 | 150 | 1250 | Zig-zag | 105 | 30 | | 1-3 | 180 | 1250 | Zig-zag | 105 | 30 | | 1-4 | 210 | 1250 | Zig-zag | 105 | 30 | | 1-5 | 240 | 1250 | Zig-zag | 105 | 30 |
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表 3第三组实验的工艺参数
Table3. Process parameters in the third group of experiments
| Sample No. | Power P /W | Speed v /(mm·s-1) | Scanningstrategy | Hatchingspacing h /μm | Layer thicknesst /μm | Scanningtimes |
|---|
| 3-1 | 180 | 1250 | Zig-zag | 105 | 30 | 1 | | 3-2 | 180 | 1250 | Zig-zag | 105 | 30 | 2 | | 3-3 | 180 | 1250 | Zig-zag | 105 | 30 | 3 |
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段声勤, 刘婷婷, 廖文和, 张长东, 杨涛. 悬垂圆孔激光选区熔化成形质量研究[J]. 中国激光, 2018, 45(4): 0402007. Duan Shengqin, Liu Tingting, Liao Wenhe, Zhang Changdong, Yang Tao. Research on Forming Quality of Overhanging Round Hole by Selective Laser Melting[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(4): 0402007.
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