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选区激光熔化技术（SLM）作为一种先进的金属增材制造技术，因其高成形精度、高设计自由度和广泛的材料选择性，被广泛应用于复杂结构精密金属零件的增材制造领域。为了满足这些应用的需求，对SLM成形零件的表面质量提出了更高的要求。
鉴于此，我院姚建华教授团队对分区扫描策略对SLM成形件表面质量的影响进行了深入研究，特别是针对前分区尺寸对成形件表面结构影响规律尚不清晰等问题。团队以带支撑方形悬垂结构为研究对象，结合数值模拟与成形试验，从表面原始轮廓的形状误差、波纹度与表面粗糙度三个不同波距的表面结构进行系统研究，成功阐明了三者在不同分区尺寸下的相互作用机理。研究发现，随着分区尺寸的逐渐减小，成形件内部残余应力的分布更均匀，边缘处的翘曲趋势降低，形状误差减小；分区内单道熔池的宽度逐渐增加，单道熔池的凸起程度降低，表面粗糙度改善；分区之间的起伏情况更为剧烈，波纹度升高。可通过降低激光功率来降低能量输入，改善分区尺寸减小时波纹度升高的情况。
研究分区尺寸对选区激光熔化成形件表面结构的影响，有助于提高带支撑悬垂结构的表面质量和尺寸精度，同时可以减少成形件的后处理需求，降低制造成本，提高生产效率。
使用成形表面整体轮廓的算数平均偏差值来描述整个表面截面轮廓的起伏情况。如图1所示，表面实际轮廓可根据平面的截面轮廓曲线相邻两波峰或两波谷之间距离的不同分为三种类型的轮廓误差。分别探究分区尺寸对SLM成形带支撑悬垂结构表面形状误差、波纹度以及表面粗糙度的影响机制，进而实现对表面轮廓形貌与尺寸精度的提升。
图1 扫描策略与表面轮廓示意图
SLM成形过程至第95层后因“S”形扫描策略成形悬垂面的四角出现严重翘曲而试验停止。不同SLM扫描策略成形件均可观察到边缘处存在翘曲现象，其中四角处的翘曲现象最为明显。通过共聚焦显微镜得到各成形试样的上表面轮廓数据，得到成形试样的表面轮廓如图2所示。
图2 SLM成形试样轮廓图
各激光扫描策略成形表面形貌如图3所示，通过对比相同放大倍数下不同分区尺寸的SLM成形表面扫描电镜图，可直观发现分区尺寸较大的表面中相邻熔池之间的分界线较为明显。
图3 SLM成形表面100倍放大扫描电镜图
相关研究成果以“分区尺寸对选区激光熔化成形316L表面结构的影响”为题发表在期刊《中国表面工程》上，被评选为2023年度优秀论文。浙江工业大学为第一单位，我院杨高林老师为第一作者，姚建华教授为通讯作者。
原文链接：点击下方获取原文
学者介绍：
🔵姚建华
博士，浙江工业大学机械工程学院、激光先进制造研究院院长、博导，教授，浙江省特级专家。入选国家百千万人才工程、浙江省首批万人计划杰出人才、浙江省151人才工程第一层次，获得“国家有突出贡献中青年专家”、“周志宏科技成就奖”、“浙江省有突出贡献中青年专家”等荣誉，长期致力于激光智能制造、激光表面改性、激光增材制造与再制造技术的基础与应用研究。先后主持国家重点研发计划项目、国家基金重点项目、国家基金-两化融合联合基金、国家重点国际科技合作项目等纵向项目20余项，企业合作项目100余项。在国内外期刊上发表学术论文400余篇，SCI/EI收录300余篇，出版专著4部，主编高等专业教材8部，授权发明专利80余项。作为第一完成人，获得国家科技进步二等奖1项，浙江省科技一等奖3项、二等奖1项、三等奖1项，中国机械工业科技一等奖2项、二等奖1项，中国专利优秀奖、浙江省首届专利金奖各1项，获高等教育（研究生）国家级教学成果二等奖，浙江省教学成果一等奖、二等奖，浙江省研究生教育学会教育成果一等奖各1项。
🔵杨高林
博士，讲师。主持省自然基金一项，省公益项目一项，省部级教改项目2项，校级教改项目1项。参与国家重点研发计划等纵向课题12项。主持横向课题4项，累计横向到款219万。以第一作者和通讯作者发表SCI/EI论文13篇。
-编辑：李绍华-
-审核：丁孝禹-
-终审：王梁-
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浙江工业大学
激光先进制造研究院
