slm金属3d打印镂空点阵结构成型缺陷及优化

2019年第6期
20作者单位：肇庆学院，广东 肇庆 526061
SLM金属3D打印镂空点阵结构成型缺陷及优化
Forming Defects and Optimization of Selective Laser Melting Metal 3D Printing Hollow Lattice Structure
供稿|李艳梅，向丽文，蓝哲雯 / LI Yan-mei, XIANG Li-wen, LAN Zhe-wen
DOI: 10.3969/j.issn.1000-6826.2019.06.005
金属3D 打印，又称增材制造技术，采用激光束、电子束、等离子束等高密度能量束作为输入源，通过逐层熔化、凝固金属粉末，将数字化模型制造为实体零件的一种新型制造技术[1-2]。

选区激光熔化技术(Selective Laser Melting ，SLM)是金属3D 打印的重要分支，在强度、精度、致密性方面表现出色，其强度接近锻件质量，尺寸精度达20~50 μm ，表面粗糙度达20~30 µm ，致密度接近100%，成为了增材制造体系中最具发展潜力的技术之一[3-4]。

相对于传统“减材成型技术”而言，金属打印技术在精密复杂结构零部件成型领域具有得天独厚的优势，比如多孔镂空结构[5]。

而镂空结构在减重方
面具有重要工程应用意义[6]。

实验用的增材制造设备为BLT-S200型激光3D 成型机，如图1所示，设备最大成型尺寸100 mm× 100 mm×200 mm ，分层厚度20~60 μm ，扫描振镜重复定位精度≤ ± 0.005 mm 。

实验采用316不锈钢粉作为耗材，成型镂空结构块大小为20 mm×20 mm× 20mm ，三维数字结构如图2所示。

模型建立和处理
本次成型，使用Magic 建立三维模型，并对其进行修复；使用BP 对模型进行分层、切片和前处理，分层厚度为40 μm 。

打印过程中，监控软件为MCS 。

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科技前沿
Advances in Science
金属3D打印
图1 BLT-S200金属打印设备
由于该镂空结构的空隙尺寸较小，对角线尺寸分别为: 1.710和1.199 mm ，如图3所示。

BLT-S200型激光3D 成型机可打印最大尺寸小于5 mm 的空隙，因此该结构体无需添加支撑即可。

打印缺陷分析及优化
首次打印过程中，打印至48层时，结构体发生坍塌，如图4和图5所示。

经过分析，发现镂空结构的底面和基材接触面积过小，使基材无法支撑零件，导致零件坍塌。

通过使用Magic 对模型底面进行裁减，将模型与基材的点接触优化为面接触，通过增加零件底部基材的接触面积来加固结构体，如图6所示。

裁减前底部和基材接触的最小尺寸为1.5 mm ，裁减后底面接触面积约是裁减前的3倍，对比见图
7。

优化后，镂
空结构块得以顺利成型，见图8。

图3 结构体空隙尺寸
图
5 结构坍塌后的基材表面
图2 三维镂空结构图
图4 MCS 环境中的模型截面
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Metal World
金属3D打印
图6 裁减后的底面
图8 打印的结构块
图7 三维镂空模型图底面裁减前后对比
的，从而确保结构体顺利成型。

参考文献
[1] 尚广庆，梁伟. 金属激光选区熔化(SLM)技术及设备概况. 苏州市
职业大学学报，2018，3(29): 17
[2] 吴文恒，张亮. 选择性激光熔化增材制造工艺过程模拟现状. 理化
检验-物理分册，2016(52): 693
[3] 陈静，林鑫，王涛，等. 316L 不锈钢激光快速成形过程中熔覆层
的热裂机理. 稀有金属材料与工程，2003(03)：183
[4] 迟大钊，马子奇，程怡，等. 3D 打印镂空结构缺陷X 射线CT 检测.
焊接学报，2018，39(11): 22
[5] 曹明顺. 基于SLM 的金属3D 打印轻量化技术及其应用探讨. 广东
蚕业，2018，52(7): 26
[6] 张学军. 3D 打印技术研究现状和关键技术. 材料工程，2016，(2):
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作者简介：李艳梅(1981—)，女，河南南阳人，硕士，高级实验师，工作于肇庆学院，主要研究方向：金属3D 打印，E-mail ：3347229@。

结束语
对于底面单元结构尺寸比较小的镂空点阵结构，在不影响内部点阵排列结构的前提下，通过三维模型的底面点阵进行适当裁减，增大底面与基材的接触面积，实现增加结构体与基材粘合力的目
摄影 高 龑。