3D打印金属材料研究进展

3D打印技术是快速原型制造技术的一种,也被称为增材制造技术,被誉为"第三次工业革命"的核心技术,其中金属3D打印被认为是将来制造业的主导方向.金属粉末材料是金属打印的物质基础,同时也是3D打印技术发展的突破点.综述了3D打印金属粉体材料的研究现状,重点介绍了钛合金、铝合金、不锈钢、高温合金和镁合金等5种金属粉体材料在3D打印技术中的应用,并对金属粉体材料的运用进行总结和展望.     

3D打印技术及其应用进展研究

3D打印技术作为前沿、先导性的新兴技术,近年来得到了快速发展,应用领域不断增加.本文主要对3D打印技术在模具加工和机械制造、航空航天和国防军工、生物医疗、建筑工程、教育教学等领域的应用进展进行综述.     

增材制造:印刷电子和3D打印技术

 增材制造作为智能制造的一部分已经被科研及工业界广泛关注。印刷电子和3D打印是两个典型的增材制造技术案例。在锁定增材制造的前提下,本文着重介绍了这两项技术的工艺发展历史和现状;通过对电子和光电器件的可印刷结构和性能的综述,引申出对增材制造工艺和功能性材料进一步优化的实际需求。这一生产工艺和材料系统的同时优化和创新将最大限度地发挥增材制造优势,从而促进应用市场的开发,加速中国制造2025的进程。     

4D打印:智能材料与结构增材制造技术的研究进展

4D打印技术是基于智能材料与结构的增材制造技术提出来的,4D打印制造的实体结构形状可以随外界环境发生变化。通过对形状记忆合金、形状记忆聚合物、压电材料、电致活性聚合物、光驱动型聚合物、水驱动结构等智能材料与结构的增材制造方法与驱动效果进行综合比较发现:直写打印成型具有适用性广的特点,单一智能材料的驱动性能有限;混合增材制造技术可以兼具多种智能材料的性能,拥有多种原位驱动模式,能够克服单一智能材料与结构的不足。文献综述表明:4D打印技术研究整体还处于实验室探索阶段;4D打印还需要在拓宽智能材料范围、开发打印软件、探索打印工艺、研究软材料打印方法、解决不同智能材料的兼容问题等方面展开深入研究,才能够在医疗、军事、航天等领域得到广泛应用。     

用于梯度分布材料 3D 打印实验设备的开发

传统工艺制作梯度材料十分困难, 为此, 设计开发了用于梯度分布材料的 3D 打印工艺与实验设备,包括梯度建模、 控制系统及打印机械装置。 基于图像灰度变化, 建立了材料成分梯度的建模方法。 基于运动控制器设计了包括 X、Y、Z 三维空间位置轴和 U、V、W 3 种材料挤出轴的 6 轴联动系统, 具有运动轨迹规划及连续插补等功能。 开发了控制系统软件和硬件, 实现了材料比例输送与三维运动协调控制。 采用活塞挤出、 动态混合及直线三维平台设计, 构建了 3D 打印机械装置。 使用开发的实验设备, 采用不同颜色材料进行了梯度分布打印试验, 验证了开发实验设备打印梯度分布材料的可行性。     

氮化硅光固化增材制造工艺与性能的研究

通过设计浆料配方和设置打印参数,采用光固化增材制造（3D打印）的方法制备出氮化硅陶瓷样品。通过热重-差示扫描量热（TG-DSC）分析得到脱脂温度,确定了脱脂预烧结和高温陈化烧结工艺,得到了氮化硅陶瓷样品。试验结果：氮化硅陶瓷样品收缩率为水平方向65.1%,厚度方向80.0%;密度达到理论值的93.3%;抗拉强度为245.9~279.8 MPa,抗弯强度为308.5~333.2 MPa。平面方向收缩较大,可能引起了拉伸时的层状撕裂。     

激光电弧增材制造铝合金点阵杆件的精度与性能

采用Box-Benhnken响应面分析法分析了激光参数对激光电弧增材制造2319铝合金点阵杆件成型精度与性能的影响．试验影响因素为激光功率、激光脉冲频率和激光占空比,响应指标为杆件直径、杆件粗糙度和杆件抗拉强度．结果表明：激光功率的变化对杆件直径的影响最显著,激光使电弧能量密度更为集中,导致杆件直径变大;激光功率的变化对杆件粗糙度的影响最大,合适的激光功率能够使熔滴具有良好的铺展性,获得粗糙度较低的杆件;激光脉冲频率对杆件抗拉强度的影响最大,脉冲激光增大了熔滴内部流速,能够减小铝合金内部气孔含量,提高杆件抗拉强度．基于对三个响应指标的综合评定,得出激光作用下所获得的最优杆件的参数为：激光功率为353 W,脉冲频率为60 Hz,占空比为34%,并在此工艺下成功制备出铝合金点阵结构．     

3D打印铝合金力学性能的非线性超声检测

为了研究非线性超声检测技术评估材料抗拉强度的可行性,对不同成型角度下的3D打印铝合金材料进行非线性超声检测和力学拉伸试验。结果表明材料的抗拉强度、微观缺陷比率和超声非线性系数三者之间有很强的相关性。随着材料微观缺陷比率增大,超声非线性系数也随之增大,而抗拉强度呈现变小的趋势,因此超声非线性系数可以评价材料的强度。此外,对不同成型角度下的3D打印铝合金试件进行疲劳试验,发现疲劳加载后试件的超声非线性系数随着微裂纹萌生而增大。因此,非线性超声检测技术可用于3D打印铝合金材料力学性能的评估和微裂纹的检测。     

广东：与3D打印同行迈向制造业强省

3D打印技术是新工业革命的重要标志。作为全球最热门的新技术之一,3D打印通过增材制造的方式在工业领域、医学领域及个性化领域得到广泛应用,对制造业的发展将产生革命性的影响,并已成为众多国家和地区关注的重点。     

双峰时效处理对7055铝合金组织和性能的影响

研究了双峰时效对7055铝合金组织和性能的影响．结果表明：7055铝合金采用双峰时效制度处理时,其性能峰值出现在135℃／16h＋190℃／10min,这时,抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到695MPa、658MFa、14％．     

Cu含量对喷射成形7055铝合金微观组织和力学性能的影响

通过拉伸试验、冲击试验以及微观组织观察试验,分析降低Cu含量对喷射成形7055铝合金强度、断裂韧性和微观组织的影响。力学性能试验表明,7055铝合金中Cu的质量分数由2.55%降低到2.17%时,对其强度和伸长率影响不大,但Cu含量降低后合金的断裂韧性显著提高。微观组织分析表明,Cu含量降低前晶界上存在粗大的Al₇Cu₂Fe相,Cu含量降低后晶界上的粗大析出相明显减少;断口分析表明,Cu含量降低前拉伸断口中存在较多的Al₇Cu₂Fe第二相,Cu含量降低后Al₇Cu₂Fe第二相明显减少。     

超高强7055铝合金均匀化处理制度研究

对7055铝合金铸锭进行不同均匀化处理制度的模拟分析,得出最优均匀化处理参数,分析不同均匀化处理制度后7055铝合金铸锭力学性能、硬度、金相组织和电导率。研究结果表明：经过260 ℃×1 h+430 ℃×2 h+470 ℃×15 h均匀化处理制度后,7055铝合金铸锭的抗拉强度、屈服强度和硬度较低,伸长率较高,有利于后续的塑性成形加工,使得加工后合金内应力消除更彻底,组织更均匀;边部、中部组织中未溶第二相绝大部分回溶于基体,心部组织存在少量第二相,回溶更加充分,均匀化效果良好,与模拟分析结果相吻合;电导率更小,电阻率更大,即过饱和程度相对更大,均匀化效果更明显。     

真空离心铸造冷却速率对7055铝合金组织和力学性能的影响

采用真空离心铸造技术制备了7055铝合金铸管,通过添加中间包进行保温来改变合金凝固冷却速率,并对铸管进行组织和性能测试.结果表明,冷却速率较慢的1#铸管组织分布不均,其晶粒沿着外、中、内层由等轴晶逐渐变为粗大树枝晶,且晶粒间分布着更多的第二相;而冷却速率较快的2#铸管组织均为细小的等轴晶,且分布着少量的第二相.经过均匀化后,两种铸管的第二相分布数量由外、中、内层逐渐增多,且1#铸管残余的第二相数量更多;合金硬度值较铸态时有所增大,但2#铸管硬度值增大幅度更大,拉伸性能优于1#铸管.     

热处理对2024铝合金组织和性能的影响

采用正交法设计了２０２４铝合金的热处理工艺方案,按设计方案进行了热处理试验和力学性能测试,同时测了淬火Ｃ－曲线,并运用金相、透射电镜等手段研究了固溶温度、淬火水温影响２０２４铝合金力学性能的微观机制,找到了２０２４铝合金的最佳热处理工艺制度。结果表明：合金经５００℃固溶１０－３０ｍｉｎ,转移时间小于１５ｓ,２５－７５℃水温淬火,自然时效９６ｈ,析出大量的与基体共格的ＧＰ区和Ｓ″ＳＨ ,ＷＧＱＱＲ     

2024铝合金零件T62热处理工艺及组织性能研究

2024-O铝型材成形后,需要进行热处理才能达到最终的T62状态.合适的热处理工艺参数会得到性能较理想的最终型材,但是热处理工艺的最佳参数对热处理的工艺控制要求很高,因此很难确定.首先经由2024-O铝型材热处理工艺试验,系统地研究了固溶处理制度、淬火和人工时效制度等工艺因素对合金显微组织和力学性能的影响.其次,采用透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）,在微观上研究不同制度下,型材微结构的变化与增强相的析出.最后确定了实验室条件下2024-O状态铝型材T62热处理的最佳工艺参数,即（490~505）℃×（20~40）min+（185~195）℃×（8~14）h.在该制度下,型材合金具备较优的综合性能.     

低频磁场对水平连铸2024铝合金微观组织的影响

研究了低频电磁水平连铸铝合金铸锭与普通水平连续铸造铝合金铸锭的铸态组织和宏观偏析情况.采用低频电磁水平连续铸造技术和普通水平连续铸造技术生产了2024变形铝合金铸锭,铸锭规格为40 mm×200 mm扁锭.对两种铸造方法得到的铝合金铸锭分别取样进行光学显微组织分析,并分别在横截面上取样进行化学分析.实验结果表明,低频电磁场可以显著地改善铸锭的微观组织,使铸锭的微观组织得到明显细化;低频电磁场还可以减少Cu元素在横截面上的宏观偏析,使Cu元素在横截面上的分布更加均匀.     

2024铝合金涂覆Ni,Fe和Cu激光表面合金化

研究了２０２４铝合金涂Ｎｉ、Ｆｅ和Ｃｕ激光表面合金化，结果表明，在分别涂有Ｎｉ、Ｆｅ和Ｃｕ的合金层，分析形成了Ｎｉ３Ａｌ，Ｆｅ３Ａｌ，ＦｅＡｌ和Ｃｕ９Ａｌ４等金属间化合物，由于各种金属间化合物的形成，在合金化层与基体之间形成了无孔洞、无夹杂的冶金结合使金表面硬度提高２－３倍。     

稀土含量对新型铸造铝合金组织和性能的影响

本文通过拉伸实验、金相分析,研究了稀土含量的变化对新型铸造铝合金的金相组织及其力学性能的影响,初步分析了稀土在新型铸造铝合金中的变质机理。