选区激光熔化直接成型零件工艺研究

为了提高选区激光熔化成型金属零件致密性与精度,首先对激光扫描单道熔池形成特性进行研究,讨论扫描速度、激光功率对熔池宽度影响,观察到熔池附近无粉区宽度 与熔池宽度 的关系为： = ×（1.5~2）。根据单道熔池成型特性,采用层间错开扫描策略提高零件致密性到近乎100%,显微观察层间与层内熔池搭接紧密。接着成型包括圆柱圆孔等几何单元讨论热影响、原始尺寸对尺寸精度的影响,当光斑补偿 与聚焦光斑直径 满足 时,尺寸精度达到（0.04~0.06）mm。对SLM成型件拉伸强度、延伸率、显微硬度测试分别为636Mpa、15%~20%与HV0. 3 250~285。结果表明,层间错开扫描策略与优化的光斑补偿值对SLM直接成型金属零件的致密性与精度具有较好效果。     

选区激光熔化快速成型过程分析

分析了选区激光熔化的成型过程及成型机理,归纳了该工艺的技术特征,推导了温升与加工参数间的解析关系式,并据此优化了选区激光熔化快速成型的工艺.采用Cu-P合金对成型工艺进行了实验验证,分析了扫描速度及激光功率对成型质量的影响,探讨了球化的成因及消除方法.结果表明,通过合理配置扫描速度、扫描间距、激光功率等加工参数,可以直接成型具有高致密性的金属零件.     

选区激光熔化成型镁合金构件关键技术综述

选区激光熔化成型镁合金构件性能优异且个性化程度高,在工业生产、生物医疗等多个领域具有重要应用意义。首先,对选区激光熔化成型镁合金技术的基本原理与技术特点进行了简要阐释;其次,基于选区激光熔化成型镁合金技术的国内外研究现状,将目前已有研究成果与尚未解决的技术问题进行归纳与总结;再次,对选区激光熔化成型镁合金关键技术进行分析,对主要技术难点及其解决方案进行综述;最后,对选区激光熔化成型镁合金发展趋势进行探讨,指出今后可在以下方面进行深入研究:1)优化现有工艺参数与成型仓风道等机械除尘结构,通过主动抑尘与被动抑尘相结合的方法提高成型质量;2)通过工艺调控减少成型缺陷,制备高性能镁合金构件;3)优化粉末筛分结构,提高成型安全性。     

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。     

大幅面激光选区熔化成型仓流场特性研究

采用Fluent仿真软件,建立多种典型大幅面成型仓结构,通过SpaceClaim软件对建立的大幅面成型仓进行流场抽取,获取激光选区熔化成型仓内部的流体域,并根据成型台面上方位置以及激光镜头下方位置,对多种结构进行流场特性及流场均匀性分析. 研究结果表明,多孔风墙成型仓内部形成稳定均匀的气体流场,在成型台面上方20 mm处,流速为284~308 mm/s;在激光镜头下方位置处,整体保护气体流速为142~175 mm/s;并且内部可以形成一个从进口到出口的循环气流,将没有及时排出的烟尘在多次流动后排出成型仓.     

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.     

选区激光熔化成型TC4钛合金的拉伸性能

为实现选区激光熔化成型的TC4钛合金在军用航空上的应用,减小选区激光熔化成型的TC4钛合金垂直沉积方向(XY方向)与平行沉积方向(Z方向)的拉伸性能差异,在室温状态下对选区激光熔化成型的TC4钛合金进行准静态拉伸试验,结果表明选区激光熔化的TC4钛合金两种方向取样的拉伸性能都达到了中国与美国AMS宇航钛合金标准。TC4钛合金沿XY向取样合金的抗拉强度与屈服强度要略高于沿Z方向取样,断后伸长率与断面收缩率略小于沿Z方向取样。合金断口为韧窝特征形貌,与XY方向取样相比,Z方向取样断口剪切唇区域尺寸分布比例略小,纤维区差异不大。     

基于激光选区熔化成型螺杆转子工艺仿真分析

为探究螺杆转子的增材制造方法可行性,以螺杆转子为研究对象,采用正交试验法,通过热力耦合数值模拟,利用Inspire软件对螺杆转子进行了激光选区熔化(SLM)成型仿真模拟,并分析出了一种工艺参数使SLM成型的螺杆转子变形较小且质量较优,模拟验证了方案的可行性。仿真结果表明,在激光功率200 W、扫描速度1.8 m/s、堆积层厚0.09 mm时SLM成型的螺杆转子质量较优,最大变形量为0.596 6 mm,发生在螺杆转子螺旋齿下部外凸齿上,符合形变累积效应;最大等效应力为2.085×10~2 MPa,同样发生在螺旋齿下端面,与实际符合。     

粉体特征对选区激光熔化Al-Si合金成型性能的影响

以Al-12Si、Al-10SiMg、Al-7SiMg、Al-5Si 4种Al-Si合金粉体为研究对象,分别对其颗粒形貌、粒径分布和流动性等物理性能进行了表征。在不同的工艺条件下进行了选区激光熔化（SLM）成型试验,获得了优化后的SLM工艺参数,并对成型后样品的致密度、微观形貌和断口形貌等特征进行了分析,系统研究了颗粒大小、形貌和分布等粉末特征对SLM成型性能的影响规律。结果表明,SLM成型过程中,粉体的颗粒形貌、分布以及流动性等物理特征对材料的成型性能影响很大。粉体的球形度、流动性越好,粒径分布越窄,SLM成型后样品的致密度越高,微观形貌中缺陷越少,成型性能越好。     

掺杂铝合金激光选区熔化成形研究进展

激光选区熔化成形(selective laser melting, SLM)是制造轻量化、一体化铝合金结构的潜在方法,因具有材料利用率高、生产周期短和成形精度高等优点在航空航天等领域受到广泛关注。目前实现工程应用的SLM成形铝合金种类少,且成形部件力学性能低,已成为制约其发展的主要问题。为进一步提高铝合金性能,掺杂铝合金SLM成形已成为中外研究热点。对金属元素和陶瓷颗粒对SLM成形铝合金致密度、显微组织和力学性能的影响等方面的研究内容进行总结和分析,对掺杂铝合金SLM成形未来发展方向进行展望。     

等激光能量密度下选区激光熔化TC4钛合金的表面形貌和硬度

以TC4钛合金粉末为原料,通过选区激光熔化工艺(Selective Laser Melting, SLM)成形试验并结合数值模拟,探讨了相等激光能量密度下,工艺参数对成形件性能的影响。结果表明:在等激光能量密度下,激光功率和扫描速度对熔池尺寸有着显著的影响;在本实验中铺粉层厚是影响试样表面粗糙度的最主要因素,最佳铺粉层厚为0.03mm;虽然激光能量密度相同,但是不同工艺参数组合依然会影响试样的表面形貌和微观组织;等激光能量密度下不同的工艺参数组合对SLM沉积态的表面硬度没有发现显著影响。     

激光选区熔化TC4钛合金疲劳与断裂

分析了激光选区熔化ＴC４钛合金疲劳寿命及其影响因素。研究结果表明,激光选区熔化TC4钛合金的疲劳性能与传统的经过退火处理的钛合金性能相当。对断口的疲劳源分析表明,激光选区熔化TC4钛合金的疲劳裂纹起源于距离表面最近的制造缺陷,这种制造缺陷多为不规则形状,在缺陷中能够明显地观察到制造过程中产生的层间界线。通过对比分析可知,疲劳源在试样表面以下的位置及其最大跨度尺寸影响着试样的疲劳寿命。目前,制造缺陷仍然是影响激光选区熔化TC4钛合金疲劳性能的主要因素。     

选择性激光烧结成型件密度模型研究

选择性激光烧结(SIS—selective laser sintering)加工工艺参数的变化会引起成型件密度的变化,进而影响烧结强度．本文应用神经网络方法,建立了加工工艺参数与成型件密度之间的预测模型．应用该模型分析了加工工艺参数(层厚lt,扫描间距dh,激光功率W,扫描速度v,加工环境温度Te,层与层之间的加工时间间隔Ts和扫描方式F)对成型件密度的影响．试验研究结果表明：该模型能定量地反映加工工艺参数与成型件密度之间的关系．据此可通过合理地选取工艺参数得到所需的加工件．     

基于仿真的选区激光熔化工艺结构变形补偿设计优化

针对选区激光熔化工艺中残余应力造成的变形缺陷问题，介绍了一种基于有限元仿真的选区激光熔化工艺的结构变形补偿设计优化方法.以螺旋桨结构成型为例，首先建立了宏观尺度上基于有限元方法的热-力耦合仿真模型，然后分析了成型零件中的残余应力与变形分布规律，并提出了利用变形场反馈调整零件设计的几何结构的方法，通过多次反馈迭代，实现了成型后零件变形几何与期望几何之间的形状误差逐步减小.数值试验结果表明:经过变形场反馈调整4次，成型后的螺旋桨结构相较于期望几何结构的最大形状误差下降了94%；同时也发现，设计迭代过程中，零件成型后的残余应力与实际变形基本不变.      

选区激光熔化Al-Mg-Sc系高强铝合金的研究进展

选区激光熔化(selective laser melting, SLM)技术具有一体化快速制备复杂和高精度零件的能力,在航空航天等工业生产中有巨大的发展潜力。高强铝合金是近年来在增材制造领域发展迅速,可实现结构轻量化的重要材料,其中Al-Mg-Sc系高强铝合金在结构和性能方面具有极大的潜力。针对增材制造领域Al-Mg-Sc系高强铝合金的应用与发展,结合增材制造工艺技术,从增材制造高强铝合金合金成分、微观组织和力学性能三个方面,全面总结了增材制造Al-Mg-Sc系高强铝合金的研究现状和进展趋势。在增材制造高强Al-Mg-Sc合金领域内,应当重点关注强化元素的多元化、SLM成形合金微观组织调控以及性能特征的多元化研究等方向。     

工艺参数对选区激光熔化成型316L不锈钢组织结构的影响

选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)在制造高精度复杂零件方面具有很大的优势,这种零件加工方法具有节省材料、低成本和高速度的优点,在机械零件制造、生物医学和发电机制造领域具有广阔的发展前景。为研究不同工艺参数对选区激光熔化成型的316L不锈钢组织结构的影响,通过选择性熔化成型技术制备316L不锈钢材料,分析不同成型方向的晶体结构和工艺参数对材料组织结构的影响,研究不同激光功率和扫描速度下不锈钢结构的变化。结果表明:垂直扫描方向且平行于沉积方向的平面晶体为鱼鳞状,扫描平面晶体为柱状晶且连续外延生长;激光功率和扫描速度的变化将对试样的组织结构产生相应的影响,激光功率偏小会使试样表面产生明显的孔洞现象,激光功率偏大试样表面会在孔洞的基础上产生"球化";扫描速度过小试样表面产生"球化",扫描速度过大则会使试样致密度变小,产生裂纹和孔洞。因此,由激光熔化技术制作的316L不锈钢金属试样需要选择适当的激光功率和扫描速度才能有效减少球化和孔洞的产生。