激光抛光3D打印钛合金板的机理及工艺研究

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激光抛光是一种应用较广的特种加工技术,尤其适用于传统方法难以加工的硬度较高、尺寸较小的零部件。所选材料Ti6Al4V(以下简称TC4)是一种α+β双相钛合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,塑韧性及高温变形性能良好,在航空、汽车、飞机等领域得到了广泛应用。经过试验研究,激光加工技术可以更加高效、环保地抛光TC4合金。  本文首先使用波长为10.6μm的二氧化碳激光器对TC4表面进行激光抛光。利用三维形貌仪测量了材料表面粗糙度,结合抛光前后材料表面微观形貌特征分析了激光功率、离焦量、扫描速度、扫描间距等因素对该材料表面粗糙度的影响规律。获得了较为理想的工艺参数,当激光功率为500W,离焦量为30mm,扫描速度为450mm/min,扫描间距为0.3mm时,TC4合金钛抛光表面表面粗糙度具有最小值117.62nm,下降了90%以上。但是二氧化碳激光器抛光造成热积累严重,出现表面裂纹和形变等问题。  然后使用波长为1080nm的光纤激光器对TC4合金钛进行激光抛光。结合抛光前后材料表面微观形貌特征分析了金属表面形貌、离焦量和扫描路径等因素对表面粗糙度的影响规律。使用多重移动扫描抛光,获得了较为理想的工艺参数,在激光聚焦面上方9mm处,激光功率90W、激光扫描速度80mm/s、扫描间距0.3mm时,抛光表面粗糙度最佳,由微米级别降至148.91nm,下降了93%。且TC4合金钛基本无形变,无明显裂纹。  由以上实验结果表明,使用光纤激光器进行多重移动扫描可以快速有效抛光TC4合金钛材料。由于能量密度较小,表面浅熔表面粗糙度下降比较明显,而且无形变和裂纹。若使用准分子激光的去除机理预抛光,可进一步降低钛合金材料原始粗糙度。
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