摘要
近年来，市场对零件精度和性能要求越来高，常规选区激光熔化（CSLM）制品已经不能满足市场需求，因此微型选区激光熔化（μSLM）已经成为一个热门研究课题。作为一项新技术，由于μSLM技术中采用细光斑，更高的温度梯度和更快凝固速率势必会导致成形质量和微观结构与常规SLM不同，所以不能简单套用常规SLM的成形理论进行解释，目前对于这方面还缺乏系统研究。本文旨在研究不同工艺参数对μSLM成形质量和微观结构的影响，使用Han’s Laser M100细光斑打印设备对18Ni300模具钢材料进行打印实验，重点对熔池特殊涡流现象进行研究。 首先系统研究激光功率和扫描速度对单道熔池的影响。细光斑由于更快的冷却速度，在高扫描速度（gt;1000mm/s）下很容易造成球化飞溅。特殊涡流现象主要出现在过渡模式熔池中，当激光功率低于50W或高于100W时，即使改变扫描速度来改变能量密度达到相应区间，熔池特殊涡流现象也不会出现。该现象受表面张力影响会造成凝固结构起伏、凹陷或中断等情况。熔体起伏会重新打碎晶核起到细化晶粒的作用，并且特殊涡流现象会明显抑制部分晶粒的生长。 其次在单道工艺窗口的基础上，改变扫描间距进行多道单层打印，研究不同搭接率对打印效果的影响。细光斑适合匹配较小的扫描间距。多道单层熔池中也能发现特殊涡流现象，但相对于单道熔池，多道单层熔池中特殊涡流纹理起伏并没有那么强烈，这由于多道间重熔，使热量一直进行传递，熔体重新进行充分流动，从而减轻了特殊涡流现象。并且熔池间的重熔减少了气孔和未熔融缺陷，提高了致密度，等轴晶也主要在重熔区域形成。 最后基于以上单道和多道实验获得的工艺窗口，研究不同层间旋转角度对打印多层块体微观结构和械性能的影响。实验表明多层块体由于层层堆叠，造成打印条件与单道和多道不同，输入能量较低，所以在熔池中并未发现特殊涡流现象，其微观结构中主要由细小的枝晶组成。在性能测试中，层间旋转角度为90°（A90）时能获得不俗的抗拉强度和硬度，并且延展率、表面粗糙度和致密度都很良好，所以A90是可行性很强的选择。总的来说，通过μSLM可以获得更好的表面光洁度、更精细的微观结构、更理想的机械性能。
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