牙科选区激光熔化设备的成型工艺研究

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增材制造技术被誉为人类第三次工业革命。该技术是基于数字化制造的模式将实体零件直接打印成最终产品。随着加工材料的多样性,其应用领域越来越广泛。尤其在生物医疗领域方面,个性化植入体的需求越来越多。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术是增材制造领域重要的成型工艺。目前国内SLM技术还不成熟,缺乏相关的工艺研究。为此本文以牙科领域应用为研究背景,重点研究了牙科选区激光熔化设备的搭建、成型工艺优化及制件性能的测试。主要内容包括以下几个方面:  (1)前期实验过程包括熟悉设备组成及优化。例如在成型过程中吹保护气至关重要。具有一定流速的保护气一方面加速熔池冷却,另一方面更是吹除杂质(金属蒸气、等离子体、轻型结块等)减少缺陷形成。为此安装了气帘装置,提高成型质量。  (2)单道成型实验是基于装备400W光纤激光器的快速成型设备BESK BM280SLM进行选区激光熔化316L不锈钢成型工艺优化实验。通过成型单道实验获得成型工艺窗口。实验过程中根据熔道成型原理分析实验结果并模拟激光在制作单道过程中的热量分布,总结单道成型规律,为单层和多层提供参考依据。  (3)多道搭接实验分析了扫描策略对成型质量的影响。建立了熔道搭接模型分析并计算了在SLM过程中搭接过程中温度和应力的分布。运用有限元的方法模拟仿真熔池的在搭接过程中的热传导和弹性形变过程。分析成型过程中出现的黑烟和球化等现象及解决办法。  (4)在最优工艺参数(激光功率P=350W,扫描速度V=2500mm/s,填充间距d=0.1mm,扫描线长度L=5mm,扫描策略层间正交),对成型制件的表面粗糙度、硬度、密度等进行了初步测试。  总结:SLM成型单道、多道实验比较复杂。在测试成型工艺参数时,满足所有实验条件(粉层厚度、基板温度、室温等)下,测得的工艺参数才具有参考性。激光功率和扫描速度的组合可以成型不同特性熔道,掌握熔道的成型规律可以为后期搭接实验和体成型提供参考依据。实验当过程中激光功率为350W、扫描速度为2500mm/s、搭接率为20%、扫描线长度为0.5mm,熔道搭接面质量较好,有利于成型。
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