基于选区激光熔融技术的316L材料与单胞结构的力学性能研究

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近几年,金属增材制造技术(Additive manufacturing,AM)已经被应用在各大制造领域,特别在航空航天制造领域,AM技术已成为制造高精密零部件的主要生产手段之一。并且AM技术引领了设计生产一体化的工业生产新模式,大大缩短了生产周期。选区激光熔融(Selective laser melting,SLM)技术作为典型的金属增材制造技术,其不同工艺下的制造性能也受到密切关注,而SLM制备的316L不锈钢材料也由于其优异的强度和力学性能成为AM材料的重点研究内容。因此,探究SLM制备中合适的工艺参数和后处理工艺成为AM技术的重要研究方向。然而,SLM技术在工业生产的应用中还需要考虑到生产成本,在满足承载要求的情况下采用尽可能少的材料,成为SLM制造轻量化设计的研究思路,此时具有独特性能的点阵结构(Lattice structure)得以发展。在承受特定载荷时,AM技术带来的设计自由性,为SLM点阵结构设计带来巨大的潜力。本文主要对SLM制备的316L不锈钢材料的综合力学性能进行评价,并对特定SLM点阵单胞结构在特定载荷的承载能力进行评价。论文的主要工作如下:(1)通过准静态拉伸试验、准静态压缩试验和疲劳试验,测试出SLM制备316L材料的综合力学性能。并基于900℃下的热等静压后热处理工艺(Hotisostatic-pressing,HIP)对SLM316L的影响进行了材料级别的分析和评价。(2)对SLM制备316L的疲劳寿命进行预测分析,预测中应用了三参数Weibull分布的模型进行数学建模,并使用动态重组多种群粒子群算法去寻优参数,结果证明此方法是寿命模型预测的一种有效替代方法。(3)点阵单胞结构选用面心立方FCCZ型拓扑结构(Face centred cubic of zstruts),研究对SLM工艺的成型结构进行力学试验测试,评价其力学表现,并用Gibson-Ashby模型进行验证。最后将点阵单胞结构应用在鞋模中,为增材制造轻量化设计提供了一种有效方法。
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