3D打印TC4合金残余应力的研究文献综述

文献综述

3D打印TC4钛合金残余应力摘要增材制造(3D打印)是一项新兴的加工技术，其特点是可以制造复杂零件，且可以单件制造，个性化设计。

但是由于增材制造方法过程中材料经历高温、急冷等问题，如果工艺控制不当，容易出现开裂及残余应力过大的问题。

本研究针对TC4合金增材制造加工工艺及残余应力展开研究，通过建立三维有限元模型，计算模型温度场以及应力场，对比不同工艺参数的模型结果图，为增材制造方法加工的钛合金的应用提供实验数据支持。

关键词：增材制造；TC4钛合金；残余应力；温度场；应力场AbstractAdditive manufacturing (3D printing) is a new processing technology, which can manufacture complex parts, single piece manufacturing and personalized design. However, due to the problems of high temperature and quench in the process of additive manufacturing method, if the process control is improper, it is easy to crack and excessive residual stress. This study focuses on the additive manufacturing process and residual stress of TC4 alloy, which provides experimental data support for the application of titanium alloy processed by additive manufacturing method.Key words：Additive manufacturing；TC4 titanium alloy；residual stress研究背景 TC4钛合金具有比强度高，耐腐蚀性能好，耐高温等优点，广泛应用于航空航天领域，因其优异的生物相容性，常被应用于生物医学领域，但钛合金高熔点以及很强的抗变形能力反而使得传统的材料成形技术难以制造出符合规范的零件。

针对钛合金的这一缺陷，采用激光选区熔化成形技术（Slective Laser Melting），这一成形技术是利用能量密度很高的激光将粉末状的材料逐点、线、面、体扫描，高温使其熔化，之后冷却成形，便于制造出复杂度高，精密度高的零件。

然而在通过SLM技术对TC4成形的过程中也存在着问题，激光能量密度很高，且与金属粉末的作用时间很短，使得峰值温度很高以及温度梯度差距很大，这导致材料在成形的过程中很容易出现变形，甚至产生裂纹。

而快速移动的激光热源也使得微熔池产生复杂动态的变化，对于材料的稳定性和致密性会造成很大的影响。

为了研究出造成成形缺陷的因素，获得具有良好稳定性和致密性的零件，需要能够把控住微小时刻的零件温度分布和应力分布状况。

可通过有限元分析软件对SLM成形过程中的温度场和应力场进行数值模拟。