激光选区熔化成形薄壁件研究进展

激光选区熔化是一种可以实现近净成形的数字化制造技术,能够制造传统工艺不能生产的复杂薄壁件,被认为是未来制造业的主导方向,应用前景广阔。综述了激光选区熔化成形薄壁件的研究现状,针对于激光选区熔化成形薄壁件成形质量较差、力学性能偏低等问题,重点介绍了工艺参数、热处理工艺以及壁厚等因素对激光选区熔化成形件微观组织、缺陷、成形质量及力学性能的影响,其中成形壁厚存在阈值,随着壁厚增加,薄壁孔隙先增加后减小,力学性能呈相反趋势。最后总结了薄壁件激光选区熔化成形存在的问题及未来的研究方向。     

粉末钛合金3D打印技术研究进展

粉末钛合金3D打印技术以低成本、易成形、柔性化制备、零件性能优异等优势,近年来成为钛合金近净成形制造领域的研究热点。总结了国内外粉末钛合金3D打印技术的研究进展,包括激光熔化沉积成形技术(LMD)、激光选区熔化成形技术(SLM)、电子束选区熔化成形技术(SEBM)。比较研究了3种成形技术制备的钛合金的组织特点及力学性能,并讨论了粉末钛合金3D打印技术的市场化现状与未来发展趋势。     

选区激光熔化工艺参数对Ti-6Al-4V成形质量的影响

选区激光熔化是一种利用高能束选择性熔化金属粉末进而直接制造复杂几何形状产品的增材制造技术。采用选区激光熔化成形Ti-6Al-4V样品,分析影响选区激光熔化成形质量的主要因素,采用体式显微镜、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计系统研究了不同工艺参数对Ti-6Al-4V合金选区激光熔化成形样品的表面形貌、致密度、组织、显微硬度的影响规律。研究得出Ti-6Al-4V合金选区激光熔化成形的优选工艺参数为:扫描功率450W,扫描速度2 500mm/s,扫描间距0.07mm,该工艺参数下打印出的样品具有较为优良的成形质量,致密度高达97.8%,显微硬度平均值为446HV。     

镁合金激光选区熔化研究进展

镁合金作为最轻的金属结构材料,在汽车制造、生物医疗等领域具有极大的应用潜力。激光选区熔化成形镁合金具有高效的制备性能、良好的成分均匀性、优异的力学性能和耐腐蚀性能,因此激光选区熔化成为一种重要的镁合金制备和改性方法。对近几年激光选区熔化镁合金的研究进展进行了综述,从激光工艺参数(激光类型、体能量密度、激光功率、扫描速度、扫描模式、层厚、扫描间距、气氛控制与进粉速度)和粉体状态(粉末形状、粒径分布、粉末对激光束能量吸收率、粉末化学成分)2个方面讨论了该工艺的关键技术;按照纯镁、非稀土镁合金体系、稀土镁合金体系的分类,对激光选区熔化成形镁及镁合金的致密度与微观结构、力学性能与耐腐蚀性能进行了总结;分析了工艺参数与合金成分两方面对该工艺成形镁合金缺陷的影响。为减少激光选区熔化成形镁合金缺陷、均匀化晶粒、溶解硬脆二次相或析出强化相进而改善合金的结构与性能,许多研究对激光选区熔化成形镁合金进行了热等静压、固溶热处理和时效热处理,总结了上述处理方式对AZ体系、WE体系与Mg-Gd体系镁合金的改善效果。最后展望了激光选区熔化成形镁及镁合金在各领域的应用前景与未来可以进行研究的方向。     

选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究进展

选区激光熔化是一种使用聚焦高能激光束熔化粉末,逐层叠加成形零件的增材制造方法.选区激光熔化可以直接制备复杂结构零件和实现近净成形,能够方便地通过粉末预混添加或原位反应实现颗粒增强金属基复合材料的控形控性,具有独特的技术优势,受到广泛关注.本文综述了选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究进展,总结了主要研究结果及存在的共性问题,并展望了选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究方向和发展趋势.通过总结分析,指出选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料时,聚焦激光作用下形成的高温微小熔池凝固时间短,远远偏离平衡状态,凝固过程复杂,增强颗粒与基体间冶金反应剧烈,容易熔化、分解和溶解并对基体特性产生影响,进而影响成形后的复合材料的宏观形貌和组织、性能.除增强体成分、颗粒形貌与尺寸、体积分数外,复合材料的性能还受激光功率、扫描速度、扫描间距、粉层厚度、成形气氛等工艺参数的影响,粉末特性与工艺参数之间的交互作用复杂.因此,考察工艺参数与粉末特性之间的交互作用关系,系统研究增强体颗粒特性与成形工艺参数对复合材料宏观形貌、致密度、缺陷、组织和性能的影响规律,是实现复合材料组织结构设计和性能调控的基础.     

激光熔化沉积成形缺陷及其控制方法综述

激光增材制造技术作为一种新型的快速成形技术,在快速精准成形的同时,还能够满足个性需求,这种成形方式完全颠覆了传统减材制造的成形理念,因而很快成为最能代表当今信息化时代的一种制造技术。常见的激光增材制造技术主要有以送粉为特征的激光熔化沉积技术(Laser melting deposition,LMD)和以粉末铺床为特征的选区激光熔化技术(Selective laser melting,SLM)。激光熔化沉积技术是采用同步送粉的方式通过大功率激光将同种或不同种的粉末熔化,然后逐行逐层地进行扫描堆积成形。利用这种方法所制备的零件不仅形状复杂,而且各项力学性能均优于铸件。相对于选区激光熔化技术,激光熔化沉积技术具有三大优势:(1)成形尺寸不受限制,可进行大尺寸的零件制造;(2)可以实现不同成分和比例的梯度材料成形;(3)可以进行零件修复与再制造。激光熔化沉积成形过程是一个涉及温度场、应力场等多物理场的耦合过程,由于材料急热、急冷的特点使得利用激光熔化沉积法制备的零件组织为非平衡态组织,过程复杂,不稳定性因素多,因此制件容易出现翘曲变形、熔合不良、尺寸精度不高、开裂等宏观缺陷,内部也容易产生气孔、夹杂、裂纹等微观缺陷,其中激光熔化沉积制备的零件中较大残余应力的存在使得裂纹对其性能的影响更为显著。当前,研究者们主要通过工艺实验及数值模拟研究了产生缺陷的原因,在一定程度上找出了产生气孔、熔合不良、裂纹等缺陷的主要影响因素,并针对这些因素进行逐步分析,在控制粉末特性,调节激光功率、扫描速度、送粉速度、搭接率等工艺参数,引入基板预热,热处理等缺陷控制方法方面取得了一定的进展。同时还利用外界先进检测、传感技术对缺陷进行了实时监测及闭环控制,为激光熔化沉积成形缺陷的控制提供了良好的辅助手段,大大提高了激光熔化沉积成形零件的性能。本文总结了近年来国内外有关激光熔化沉积成形缺陷及其控制方法的研究进展,按照缺陷的种类进行了分类归纳,分析了缺陷形成原因及影响因素,汇总了目前研究的缺陷控制方法,并探讨了当前存在的问题和未来发展前景。     

3D打印非晶合金材料工艺及性能的研究进展

综述了3D打印制备非晶合金材料工艺及性能的研究进展,介绍了激光选区熔化和激光立体成形两种研究较多的3D打印制备非晶合金的方法,重点讨论了成形过程中工艺优化、基体预热、双激光熔化对成形非晶合金中晶态及微裂纹的影响。分析3D打印技术现有缺陷如球化、孔隙,指出今后的研究中可采用重熔、退火、粉体基体预热、改变扫描方式等手段提升性能,以期制备出致密度高、无裂纹、无晶化且性能优异的块体非晶合金。     

TC4薄壁件后盖激光选区熔化技术研究

该文针对航空发动机后盖的结构特点、使用工况以及现有工艺技术瓶颈问题,提出了激光选区熔化增材制造工艺方案,并进行了大量的试验、检测及验证工作,开展了Ti6Al4V合金激光选区熔化成形的工艺验证、组织性能测试及零件尺寸检测等。研究发现,激光选区熔化成形的后盖横、纵向力学性能差别不大,远高于铸件要求。贯彻带有复杂变截面导管结构,实现后盖的激光选区熔化成形,大幅度提升后盖制造精度和符合性,解决现有后盖工艺难度大、合格率低、变形较大等问题。     

选区激光熔化精密成形轻质镁合金的研究进展

选区激光熔化成形作为一种新兴的增材制造工艺,可以实现轻质镁合金复杂构件的一体化精密成形。由于镁合金的化学性质活泼,镁合金的选区激光熔化成形相较于其他合金系更具挑战性,沉积构件的强度、塑性、韧性等力学性能指标整体偏低,抗腐蚀性能整体偏差,所以还需进一步提升其综合性能并拓展镁合金的应用领域。综述了近年来国内外关于镁合金选区激光熔化成形方面的研究,为镁合金的精密一体化成形提供相应的理论基础和指导策略。首先阐述了该新兴工艺的原理及特点,基于镁合金熔沸点低、饱和蒸气压高等特点,综合探讨了微裂纹、孔隙和杂质等缺陷的形核原理,提出了相应的缺陷控制策略。对沉积试样的微观组织进行了分析,并与传统工艺进行了比较,并基于此讨论了合金成分微调控和镁基复合材料这 2 种实现成分微调控的主要方案。最后结合热处理、热等静压等后处理方式调控微观组织,并对采用摩擦搅拌、激光冲击强化等强化工艺结合选区激光熔化的复合增材制造工艺在线闭合缺陷、调控微观组织等技术进行展望,希望可以进一步提升镁合金的综合性能,促进镁合金更广泛的工程应用。     

选区激光熔化成形铜合金研究进展

铜合金具有良好的导电导热性,是众多行业的基础材料,随着高新技术的迅速发展,许多行业对高性能、高精度、复杂结构铜合金零部件需求日益增大。传统工艺可制备常规铜合金零件,但对于一些复杂结构铜合金零部件的制备存在困难。首先,本文综述了选区激光熔化成形铜及铜合金的研究进展,系统介绍了目前选区激光熔化成形纯铜所遇到的难点及解决方法;然后,综述了目前选区激光熔化成形不同系列铜合金的研究现状,重点介绍了不同系列铜合金成形件微观组织和力学性能及热处理后成形件微观组织和力学性能变化;最后总结了选区激光熔化成形铜及铜合金存在的问题及未来的研究方向。     

基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术研究进展

陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展, 其核心零件部件外形结构设计日益复杂、内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点, 较难通过传统的加工成形方法实现异形结构零件的制造, 最终限制了陶瓷材料的工程应用范围。激光增材制造技术作为一种快速发展的增材制造技术, 在复杂精密陶瓷零部件的制造中具有显著优势: 无模、精度高、响应快以及周期短, 同时能够实现陶瓷零件组织结构灵活调配, 有望解决上述异形结构陶瓷零件成形问题。本文综述了多种基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术: 基于粉末床熔融的激光选区烧结和激光选区熔化; 基于定向能量沉积的激光近净成形技术。主要讨论了各类激光增材陶瓷技术的成形原理与特点, 综述了激光选区烧结技术中陶瓷坯体后处理致密化工艺以及激光选区熔化和激光近净成形技术这两种技术中所打印陶瓷坯体基体裂纹开裂行为分析及其控制方法的研究进展, 对比分析了激光选区烧结、激光选区熔化以及激光近净成形技术在成形陶瓷零件的技术特征, 最后展望了激光增材制造陶瓷技术的未来发展趋势。     

激光选区熔化316L不锈钢凝固特征与微观组织结构

对不同工艺参数下激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)成形316L不锈钢微观组织结构进行表征,研究不同工艺参数下SLM成形316L不锈钢微观组织结构演化规律、单熔化道凝固特性。结果表明,SLM成形316L不锈钢具有跨尺度、非均质凝固组织特征,包括微米尺度柱状晶粒、小角晶界、熔池界面和纳米尺度亚结构。单熔化道的稳定成形是三维块体成形的基础,熔化道稳定性由激光工艺参数与金属粉体物理特性共同决定。不同的激光工艺参数显著影响SLM成形316L不锈钢微观组织结构,通过改变激光参数可实现微观组织结构的调控,在不同的激光逐层旋转角度下,SLM成形316L不锈钢晶粒尺寸随着扫描间距的增大而增大。强制定向热流使得外延生长机制主导凝固晶粒的生长,在不同的激光工艺参数下,沿增材方向的柱状晶粒形貌普遍存在。     

激光选区熔化成形工艺对304L不锈钢冲击韧性的影响

目的 了解激光选区熔化(SLM)成形工艺参数对304L不锈钢冲击韧性的影响,从而得到304L不锈钢的最佳成形工艺参数。方法 对激光功率300~340 W,激光扫描速度800~1 500 mm.s^?1条件下的激光选区熔化成形304L不锈钢开展冲击试验,通过表面硬度、微观组织及断口形貌观察对冲击韧性的影响规律进行分析。结果 SLM成形304L不锈钢微观组织为跨越熔池生长形成的不规则柱状晶粒,成形工艺参数对试样表面硬度影响不显著;随着激光功率的增大和激光扫描速度的降低,304L不锈钢断面致密程度提高,孔洞类缺陷尺寸减少且数量减少,冲击韧性增大,冲击功最大值为141.9 J。结论 基于冲击试验结果,在激光体能量密度为100~140 J/mm³的条件下,304L冲击韧性稳定在138 J左右,为SLM成形304L材料的最佳成形参数区间。     

3D打印技术研究现状和关键技术EI北大核心CSCD

本文首先简要介绍了3D打印技术的基本原理及分类,然后重点介绍了有关金属材料3D打印的几种方法:电子束熔化成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光快速成形技术(LDMD)。简述了金属材料3D打印的应用领域及国内外发展情况及研究现状。文章最后结合国内外金属材料3D打印的研究现状,指出金属材料3D打印需要在打印用粉末、金属3D打印设备、3D打印零件无损检测方法、3D打印零件的失效行为和寿命预测等方面进行重点研究,并建立3D打印零件的无损检测标准规范以及3D打印材料全面力学性能数据库。     

金属选区激光熔化的研究现状

金属3D打印是目前增材制造技术中最具发展潜力和最前沿的技术。选区激光熔化(SLM)是金属3D打印的重要分支,在传统方法无法制造的复杂异型结构件及工件制造的快速响应上具有极大优势,可解决传统方法加工过程中存在的长周期、高成本、难加工等技术难题,加工出传统制造方式无法加工的复杂金属零件。主要分析总结了目前选区激光熔化所涉及的基本原理、成型设备、材料特性、工艺参数和制造过程中常见的孔隙、球化、应力应变等问题,最后对金属3D打印的发展前景进行了展望。     

TiB2/AlSi10Mg激光选区熔化成形工艺研究

目的 针对TiB2/AlSi10Mg开展激光选区熔化成形研究,获得工艺参数影响规律并优化工艺参数.方法 采用正交试验法设计三因素四水平正交试验,进行TiB2/AlSi10Mg激光选区熔化成形,分别研究激光功率、扫描速度、扫描间距等3种工艺参数对TiB2/AlSi10Mg致密度和硬度的影响规律,分析激光能量密度对铝合金内部缺陷的影响,并且研究时效时间对材料硬度的影响.结果 TiB2/AlSi10Mg激光选区熔化成形的最佳工艺参数:激光功率为280 W,扫描速度为1400 mm/s,扫描间距为90μm,层厚为30μm时,得到的材料致密度为99.7％,时效处理后的硬度为151HV.结论 工艺参数对于SLM成形TiB2/AlSi10Mg致密度的影响顺序为扫描间距>激光功率>扫描速度,对于硬度的影响顺序为扫描间距>扫描速度>激光功率;扫描间距对于致密度和硬度的影响程度均最大.     

金属3D打印铝合金成形件疲劳性能研究

本文选用激光选区熔化技术打印成分为AlSi10Mg的铝合金成形件,并采用小试样加工方式对成形件进行加工处理,并研究其相关疲劳性能。研究表明:针对3D打印成形件采用小试样加工方式后可以进行疲劳试验,并能得到完整的疲劳S-N曲线,从而得到相应产品的疲劳极限。     

激光选区熔化成形装备的发展现状与趋势

激光选区熔化成形是最有前景的增材制造技术之一,近些年来激光选区熔化成形装备得到了迅猛发展。针对激光选区熔化成形尺寸偏小、成形精度偏低等问题,重点介绍了大尺寸、高精度激光选区熔化成形装备的发展现状,综述了使用长焦距f-θ场镜、振镜移动和多光束拼接成形等大尺寸成形方法以及采用短焦距f-θ场镜+低功率激光器和增减材复合制造等高精度成形方法,对各方法的原理和特点进行了阐述。最后,从装备研发、成形质量控制、软件开发、标准体系建立等方面对激光选区熔化成形技术的发展进行了展望。     

激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控方法研究进展

激光增材制造技术成形的制件具有自由度大、精度高、质量和性能好等优势,随着该技术的日益发展,其在不锈钢材料领域取得了显著的进展。激光增材制造技术成形不锈钢通常呈现出与传统制备工艺显著不同的非平衡凝固组织,表现出复杂的结构特征,而这些特征决定了合金的性能和应用。介绍了激光熔化沉积和选区激光熔化两种激光增材制造技术,选择典型的316L不锈钢及17-4PH不锈钢,综述了激光增材制造不锈钢凝固组织特征的研究现状,重点关注典型多尺度、层次性的组织结构（包括晶粒、宏观缺陷、熔池组织、胞状亚结构、氧化物夹杂等）。系统分析了激光增材制造不锈钢的组织调控方法,包括调整工艺参数、改变工艺环境及热处理等方式,通过组织调控能够影响晶粒的生长及熔池反应,进一步改善其内部微观组织,如形成间隙固溶体或颗粒夹杂物、细化晶粒及消除孔隙等,同时能促进不同相的析出和转变。通过合理地调控凝固组织,能够显著改善不锈钢的组织及机械性能。最后,对激光增材制造不锈钢的未来发展进行了展望。     

金属零件3D打印技术的应用研究

金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最具潜力的技术,是目前先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展对材料的不断需求,利用快速成形技术直接制造金属功能零件将会成为该技术的主要发展方向。3D打印技术正在快速改变着人们传统的生产方式和生活方式。以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印制造技术被外界认为将推动第三次工业革命。激光工程化净成形技术(LENS),激光选区熔化技术(SLM)及电子束选区熔化技术(EBSM)3种技术是金属零件3D打印技术的典型代表。对金属零件3D打印技术,包括基本的技术原理及其技术应用领域进行了介绍,最后对金属零件3D打印技术的发展进行了展望。