基于金属粉末的3D打印煤巷锚杆基本力学性能与应用研究

作者：冯晓巍; 薛飞^*; 宋万新

来源：中国矿业大学学报. 自然科学版, 2021, 50(06): 1019-1028.

DOI：10.13247/j.cnki.jcumt.001161

• 3D打印
• 锚杆
• 金属粉末
• 力学强度
• SEM分析

通过三维扫描仪获取了煤巷锚杆的数字模型,采用3种不同的金属粉末(铝合金、不锈钢、模具钢)作为打印材料,以选择性激光熔化(SLM)3D打印技术制作了左旋无纵筋锚杆,并进行了拉伸测试,扫描电子显微镜(SEM)测试和金相测试,最后探讨了3D打印锚杆的初步应用.结果表明:所制作的锚杆在表面细节上与原型锚杆高度相似;相较于原型锚杆,模具钢粉末成型锚杆具有更高的强度,不锈钢粉末成型锚杆在强度和变形方面最接近于原型锚杆,铝合金粉末成型锚杆则表现出了相对较低的强度.通过SEM断口分析发现模具钢粉末成型锚杆的微观结构相对致密,金属粉末熔化效果良好,故其强度较高;铝合金粉末成型锚杆的微观结构气孔密布,结构松散,金属粉末熔化不全,故其强度较低;不锈钢粉末成型锚杆虽有气孔也有未融化金属粉末,但较铝合金粉末成型锚杆而言要少很多.热处理后的不锈钢粉末成型锚杆在延伸率和强化阶段方面进一步改善,且微观组织更为致密,进一步金相分析表明金属粉末3D打印成型锚杆具有"鳞片"状金属组织结构.

• 单位
  中国矿业大学（北京）; 土木工程学院; 煤炭资源与安全开采国家重点实验室; 绍兴文理学院; 中国矿业大学