激光直接快速成形金属零件球化效应的实验研究

本文在实验的基础上,从金属粉末烧结机制即液相烧结方面分析了激光直接快速成形金属零件过程中球化效应产生的机理,阐述了激光功率,扫描速度,送粉量这三个工艺参数对激光烧结成形过程中出现的球化效应现象的影响规律,并据此提出了减小或抑制的一些措施.     

激光直接快速成形金属零件的机理及特征探讨

分析了双组元金属粉末的激光直接快速成形金属零件的机理，阐述了烧结成形过程中的一些基本特征，主要包括翘曲变形、球化效应和裂纹，从理论上探讨了激光参数、工艺参数、材料特性、烧结气氛等对成形件质量的影响．     

Fe-Ni-C合金粉末选择性激光熔化成形

针对金属零件在选择性激光熔化成形过程中容易产生翘曲变形、裂纹与球化现象等问题,在理论分析与试验的基础上,探讨了其工艺参数与扫描路径对金属粉末在熔化成形中翘曲变形、裂纹与球化的影响,以及化学成分、熔池冷却速度与制件金相组织、显微硬度的关系,为选择性激光熔化技术的发展提供理论指导与实验依据.实验表明:通过合适的工艺参数与扫描路径,能够得到高致密度金属零件,金相组织均匀细小,没有出现明显翘曲变形、裂纹与球化现象.     

镍基F105Fe粉末选区激光烧结试验

针对选区激光烧结金属零件致密度低、机械性能差等问题,分析了金属粉末选区激光烧结的工艺特点,讨论了扫描路径对金属粉末烧结成形的影响以及金属粉末直接烧结成形的基本机理.选用镍基F105Fe粉末进行选区激光烧结成形金属零件,采用扫描电镜、显微硬度测量、阿基米德定律等方法,研究了扫描路径对选区激光烧结制件微观组织、显微硬度和致密度的影响.结果表明,扫描路径的不同不会改变制件的微观组织,但对组织的均匀化和细化有一定的影响;扫描路径对制件的机械性能影响显著,变向扫描制备的制件显微硬度比较高,致密性最好,短边同向扫描制备的制件显微硬度最高.     

选区激光熔化成型过程的球化现象

为获得高致密及高精度金属零件,有必要消除选区激光熔化快速成型过程的球化现象.文中从理论上分析了金属熔池球化的演变机制以及消除球化的方法,发现改变激光功率、扫描速度、铺粉厚度等成型参数可以弱化球化现象的原因,在于能对上一层基础有足够的熔化量:如对上一层基础有熔化量,则熔池分为熔化粉末所形成的上部熔池以及熔化基础形成的下部熔池;上部熔池受气液界面张力的作用,总有发生球化的趋势;但下部熔池不会发生球化,且对上部熔池的球化趋势起阻碍作用,当下部熔池熔液充分多时,会完全消除上部熔池的球化现象.采用平均粒径为75μm的铜基合金粉末,在150及80W激光功率下改变扫描速度及铺粉厚度进行的成型实验证实了上述分析.     

金属粉末激光烧结的动态凝固特征

在实验的基础上,分析了激光烧结成形过程中的凝固组织特征及其形核机制,讨论了烧结工艺参数和运动熔池形状特征对动态凝固特征的影响.对烧结体进行分析的结果表明:烧结体的组织是以枝晶和等轴晶二种组织形态交替叠加而成,形成整个制件的组织呈周期性重复出现.     

选区激光熔化成型过程的球化现象研究

为获得高致密及高精度金属零件,弱化甚至消除选区激光熔化快速成型过程的球化现象十分必要。本文从理论上分析金属熔池球化演变机制以及弱化球化的方法,发现熔池的气液界面有使熔池发生球化的倾向;如对上一层基础有一定的重熔量,则熔池分为熔化粉末所形成的上部熔池以及熔化基础形成的下部熔池,下部熔池不会发生球化,且对上部熔池的球化趋势起阻碍作用;上部熔池的液固界面为熔液因重力下坠与基板界面形成的液固界面,视熔液与基板的润湿性的好或坏,对熔池球化具有促进或阻碍作用。因此,保证对上一层具有足够的重熔量可有效弱化球化现象。采用铜基合金粉末进行的单道熔池成型以及多层块状金属实体成型实验也验证了上述分析。     

大功率激光熔化镍基高温合金成形实验研究

为研究大功率激光下镍基高温合金IN718成形工艺参数对其表面质量及致密度的影响,采用DYLM-200金属粉末熔化成形机制做八个试样,通过扫描电子显微镜观察其表面形貌,分析不同激光工艺参数下试样的表面形貌特征。实验结果表明:成形工艺参数的改变直接影响成形零件的表面质量及其致密度。较小激光能量密度产生的球化现象减小了成形零件的致密度,适当地增加激光能量密度可以获得较好的成形表面质量和零件致密度;适当地减小激光扫描间距可以减少孔隙的产生,能够提高零件的致密度。该研究为选择性激光熔化3D打印成形的IN718零件在航空航天中的应用以及后续的研究提供了参考依据。     

氧化铝激光立体成形过程中熔池气化特性

针对激光辐照条件下熔池难以观测的问题,采用电焊镜片进行滤光处理,研究了氧化铝陶瓷材料激光立体成形过程中熔池特性。通过调节激光功率、扫描速度及送粉速率等工艺参数,研究了熔池特性与工艺参数之间的关系。研究结果表明:在对氧化铝陶瓷材料进行激光立体成形时,熔池内激光光斑处极易出现气化现象。随着激光功率的提高,以及扫描速度和送粉速率的降低,熔池内的气化现象呈现加剧趋势。     

激光加成技术

综述了激光加成技术的国内外现状和新进展·这种通过添加而不是减少材料来成形的新技术在广泛的军事与民用领域中得到了应用·金属和陶瓷材料在激光加成过程中容易出现表面粗糙、充型不足、层间内应力、烧结疏松、熔覆开裂、球化团聚等现象,会严重妨害所成形材料及结构的品质·提出了一种激光反应加成新技术,可以制备出致密、性能优异的若干金属间化合物和金属基复合材料·     

SLM成形多层多道金属薄壁件温度场有限元模拟

针对高强铝合金A17075选区激光熔化（selective laser melting,SLM）过程中未知的熔池变化规律和层间作用影响产品成形效率和精度的问题，研究不同工艺参数（激光功率和扫描速度）对各成形层熔池形态和温度场的影响。利用有限元分析软件ANSYS建立金属薄壁件SLM成形的多层多道温度场有限元模型，同时，利用APDL（ansys parametric design language）语言编程模拟了激光热源的加载、激光功率与扫描速度，采用“单元生死”技术描述金属粉末材料的动态增长过程，得出瞬态温度场的分布状况。结果表明，激光功率与扫描速度各自影响不同的温度场因素，适合Al7075粉末的SLM工艺参数为功率250~300 W，速度800~1 000 mm/s。本文得到了激光功率和扫描速度的合理范围，为高强铝合金SLM实际实验提供理论参考。     

竹塑复合粉末激光烧结件在熔模铸造中的应用

 选用竹粉作为植物纤维粉末,研究竹粉与热塑性树脂热粘结理论。选择合适的热熔胶粉末,分析了竹粉颗粒与热塑性树脂热作用结合机理;竹粉与热塑性树脂粉末混合后,研究了竹粉/热塑性树脂复合粉末的激光烧结特性、SLS成型件的平均力学性能。利用竹粉和热塑性树脂粉末混合物制造复杂零件的熔模铸造件,研究了熔模铸造工艺和SLS成形件、渗蜡件和铸件的尺寸精度传递特性。     

脉冲激光填丝焊接薄板熔池流动行为分析

本文使用VOF方法对熔池自由表面进行追踪,将焊丝简化为熔滴,建立了脉冲激光填丝焊接薄板三维数值模型,揭示了脉冲激光填丝焊接0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板熔池流动行为,通过焊缝余高尺寸及熔合线形貌验证了模型的可靠性.结果表明,熔滴作用前,熔池上表面区域主要存在由表面张力导致的熔池边缘向熔池中心的流动,最大速度出现在熔池中部且指向熔池下表面,达到了m/s量级;在熔池下表面区域的流动形式是表面张力及熔池中心流动共同作用的结果,在下部形成两个方向相同的涡流;焊丝的熔入对熔池流场有显著的影响,熔滴对熔池的冲击作用改变了熔池原有的对流方向,使表面张力主导的熔池对流特征消失;熔滴熔入过程中熔池最大速度出现在熔滴熔入位置,约为1.74 m/s.在熔滴冲击与熔池表面张力联合作用下,熔池表现出振荡特性,随后熔池内流动再次回到由表面张力驱动的对流形式.激光脉冲结束后,熔池下部固液界面继续向母材区域扩展约3-4 ms,这种现象与激光的脉冲作用、熔池内的流动及Hastelloy C-276的物性参数有关.     

选择性激光烧结覆膜砂铸型（芯）的固化机理

分析了激光束扫描烧结的物理模型和履膜砂受热固化的特点,研究了选择性激光烧结（SLS）覆膜砂铸型（芯）的成型条件,固化机理,以及SLS覆膜砂铸型（芯）的固化特点,介绍了用SLS法快速成形覆覆砂铸型,浇注铸件的工艺过程和实例。     

激光熔覆产生的熔池温度与对流分析

由激光熔覆产生的熔池的内部存在复杂的传热与传质过程.鉴于熔池的尺度微小以至于难以对其进行实时监控,构建了一个激光熔覆数值模型,对熔池内部的温度分布与对流模式进行了仿真分析.结果表明:熔池的温度梯度非常高,且熔池底部延伸至基体的部分由于高温发生再奥氏体化.熔池内的流体流动主要由Marangoni运动驱动,且熔池内的对流形式为环形对流,最高流速达到0.1m/s.研究结果能够为熔覆层的成型过程及合金粉末在熔池内的传输过程提供理论依据.     

高分子材料选区激光烧结翘曲的研究

通过大量的高分子材料烧结试验，发现了选区激光烧结中的最常见现象之一－－翘曲的根本原因，根据高分子科学的相关理论和选区激光烧结的特点，对翘曲的发生原因和发展规律进行了论述，导出了新的翘曲角公式。     

SLS间接法制造金属零件生坯强度研究

选择性激光烧结(SLS)间接制造金属零件过程中,生坯强度是一项重要指标.以正交试验为手段,研究了SLS工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和切片层厚)对生坯强度的影响.讨论了粉末材料自身物性对于生坯强度的影响.对于一些强度影响因素的作用定性地建立了模型.结果表明,SLS过程中粘结剂降解行为、热熔后粘结剂的流动性、生坯片层内和片层间粉末粘结一体化程度以及粉末材料的热物性和粉末组分的均匀程度与生坯强度直接相关,可以通过选择适宜的粘结剂材料和优化调节SLS工艺参数来提高生坯强度.     

连续激光作用下金属表面合金化的动态凝固特征

研究了激光表面合金化的动态特征。在实验的基础上讨论了激光合金化的凝固组织特征及其形核机制,分析了运动熔池形状效应对凝固特征的影响。实验表明其动态凝固特征主要受控于激光合金化工艺参数和熔池形状特征等的综合作用。另一方面,激光合金化的凝固形核机制主要为异质外延形核和非均匀形核。