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。     

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。     

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。     

金属增材制造技术及其专用材料研究进展

金属增材制造已成为先进制造技术的一个重要发展方向,是制造领域的国际制高点,有着广阔的发展前景,也存在着巨大的挑战。介绍了激光选区熔化、电子束选区熔化、激光立体成形、电子束熔丝沉积等金属增材制造技术在成形装备、工艺技术和应用方面的研究进展,总结了增材制造用金属粉末和丝材的研制情况,指出了现阶段该技术存在的问题和未来研究方向。     

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。     

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。     

大面积薄壁结构激光选区熔化成形工艺研究

激光选区熔化成形技术是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术。该文以大面积薄壁结构特点构件增材制造为例,对相同参数下不同厚度基板成形工艺进行差异性研究,分析影响成形质量的相关因素,为提高SLM增材制造高温合金金属零件成形精度提供依据。     

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。     

激光选区熔化成形金属件的缺陷类型及表征方法概述

激光选区熔化成形是一种典型的金属增材制造技术。本文首先对激光选区熔化成形的技术原理进行阐述，然后针对该技术的工艺参数及工艺参数对打印件质量的影响进行分析和总结，重点对金属打印件中可能出现的缺陷进行分类和成因分析。在激光选区成形技术制备的金属件中主要包括两类缺陷，一类是组织缺陷，包括气孔、孔隙、未熔合缺陷、裂纹、高密度夹杂及组织的各向异性等；另一类为包括球化、残余应力、翘曲变形、几何误差等在内的非组织缺陷。最后就组织缺陷的无损检测技术的种类和应用范围进行归纳总结，并对未来缺陷检测技术的发展进行展望。     

SLM成形薄壁件尺寸偏差预测与控制研究

目的 针对选区激光熔化成形薄壁件过程中存在的变形较大、精度低等问题,通过获得最优工艺参数区间来减小薄壁件的变形。方法 利用有限元软件分析薄壁件成形过程中温度场和应力场的演化规律;建立形变量预测模型并进行试验验证,研究工艺参数对薄壁件尺寸偏差的影响,得到激光功率、扫描速度与形变量之间的关系,实现对形变量的预测和控制。结果 随着扫描层数的增加,熔池的最高温度和热影响区也随之增大,等温线越密集,温度梯度越大,最终趋于稳定;薄壁件成形过程中,出现两侧壁边缘向内倾斜、上侧边缘出现内凹的现象,薄壁件的最大应力随层数的增加而减小,最大热应力主要分布在薄壁件底层的两端;形变量随激光功率的增大而增大,随扫描速度的增大而减小,薄壁件的形变量最小约为0.02 mm;试验验证所建立的数学模型误差在10%左右,误差较小,可以对形变量进行良好的预测和控制。结论 激光功率100～200 W、扫描速度800～1 000 mm/s为最优参数区间;降低能量密度可以有效降低薄壁件形变量,提高其精度。     

选区激光熔化不锈钢全流程关键问题研究现状与进展

选区激光熔化(SLM)是制造精度最高的金属增材制造工艺,用于制造复杂几何形状的金属零件。316L不锈钢具有面心立方结构,在从熔融态冷却至室温的过程中通常不发生固态相变,基于这种特性,316L不锈钢成为SLM中应用最广泛的金属材料。与传统工艺相比,SLM工艺虽然能够生产高致密、高性能的零件,但是它无法避免孔洞、空隙等缺陷的出现,且存在力学性能差异和需要后处理加工等问题。为了解决这些问题,需揭示SLM制造工艺参数对性能的影响规律。综述了SLM-316L制备全流程前、中和后期在原始粉末、工艺参数及后处理方面的研究现状,首先讨论了粉末质量指标及制粉工艺对不锈钢制件的影响机理;其次总结了激光输入功率、扫描速度等工艺参数对制件性能影响的研究现状;最后对表面机械磨损处理、电解抛光等后处理方式及制件性能影响规律做了简要总结。阐明了通过SLM影响因素预测不锈钢成形零件力学性能的学术观点,以期为获取高质量零件、促进不锈钢材料的实际应用提供一些参考。     

变壁厚薄壁筒形件旋压工艺设计和试验研究

选用合适的旋压设备,设计合理的工艺装备和旋压毛坯,通过实践加工验证,完善了变壁厚薄壁筒形件的旋压工艺参数(道次压下量、进给比、旋压方式等),得出了既能保证产品力学性能,又能保证产品质量和精度的旋压加工工艺方案。     

激光选区熔化成形高强铝合金晶粒细化抑制裂纹研究现状EI北大核心CSCD

高强铝合金(2×××,7×××等)因具有比强度高、加工性好等优点而被航空航天、汽车等领域广泛应用。随着大推重比飞行器设计及汽车轻量化技术的发展,轻质结构材料的需求日益增加,同时零部件也面临着“薄壁化、中空化、复合化”的发展趋势,高强铝合金的传统加工方法越来越难以满足要求。近年来,激光选区熔化成形(selective laser melting,SLM)作为一种常见的金属增材制造技术(additive manufacturing,AM)在复杂零部件成形领域受到关注,有望成为进一步拓宽高强铝合金应用领域的新兴技术。然而,SLM成形高强铝合金因易产生周期性热裂纹和粗大柱状晶不良组织等问题而发展缓慢,晶粒细化是克服增材制造高强铝合金这一固有热裂问题的关键所在。本文综述了近年来SLM成形高强铝合金显微组织和力学性能调控等方面的研究进展,归纳了不同体系合金的力学性能,重点阐述了抑制SLM成形高强铝合金中热裂纹形成的主要策略,包括SLM工艺参数优化以及通过微合金化或添加纳米颗粒细化晶粒等方法。指出当前研究存在的主要问题是合金成分的改变对材料综合性能以及热处理制度的影响规律尚不清晰等,并展望了未来的发展趋势,如SLM成形新型高强铝合金成分设计与综合性能评价、利用后处理工艺等手段进一步提升合金综合性能以及专用晶粒细化剂的设计与细化机制探究等。     

薄壁管壳体环矢挤压缩径工艺仿真分析与研究

目的 针对空心薄壁件在缩径成形工序中力学性质难以观测且缩径成形加工效率较低的问题,提出一种使用18瓣环矢挤压模具进行环矢挤压一次性成形的缩径工艺,并研究了该工艺下薄壁管壳体的弹塑性变形规律。方法 以外径6.3 mm、壁厚2 mm、颈缩宽度1 mm的小尺寸薄壁管壳体（Q255材料）为研究对象,基于Barlat’96屈服准则和M–K沟槽理论,结合L.H.Donnell理论,建立管壳体环矢挤压缩径的塑性微元应力模型,通过ANSYS软件建立环矢挤压缩径工艺有限元模型,并进行数值模拟分析,获得管壳体环矢挤压过程中内壁面和颈缩区厚度方向的应力分布规律;最后进行实验验证,利用千分尺测量外径,采用应力测定仪测量中心位点应力,验证了该工艺下仿真结果的准确性。结论 颈缩区域宽径比越大,缩径成形越远离弹性区;内壁面的应力整体呈凸状分布;卸载后,壁厚方向的残余应力呈从外壁到内壁逐渐增大的线性分布趋势,缩径区中心点最大残余等效应力为319.76MPa,分布在挤压部位的内表面;经实验验证,内壁面中心位点的最大残余应力为183MPa,其与仿真分析结果（202.5MPa）的吻合度高达91.5%,验证了仿真结果的准确性...     

工艺参数对薄壁件多道次旋压变形均匀性的影响

目的研究成形工艺参数对薄壁件多道次旋压变形均匀性的影响。方法采用试验的方法,研究了双轮数控旋压成形铝合金薄壁件过程中,旋压间隙δ、进给率f和旋轮圆角半径R等关键工艺参数,对制件表面质量和壁厚均匀性的影响。结果 3个工艺参数都对制件表面质量和壁厚均匀性有影响。结论减小旋压间隙δ、采用较大的主轴转速S和较小的进给率f可提高零件的表面质量和尺寸精度。改善零件壁厚分布的均匀化程度,适当提高旋轮圆角半径R,也能使变形的均匀化程度提高。     

Manufacture of Co-Cr dental crowns and bridges by selective laser Melting technology

Currently, one of the most important applications of the Selective Laser Melting (SLM) process is dental frameworks manufacturing. The objective of the present study is to analyse mechanical and microstructural properties of dental crowns and bridges manufactured by SLM technology from Co-Cr alloy using a Phenix PM 100T Dental Machine over a production period of 14 months. The obtained results show clearly a successful application of the SLM technology to the design and manufacture of dental crowns and bridges. Dental parts with adequate density, geometrical accuracy, mechanical properties, and microstructure have been produced. Based on regular analyses results, of initial Co-Cr powder materials and final crowns properties characteristics, one can conclude that the Selective Laser Melting Process can be used for the manufacturing of dental parts in correlation with the required traditional standards. The good repeatability of the SLM process has been demonstrated.     

Nickel-titanium shape memory alloys made by selective laser melting:a review on process optimisation

Selective laser melting (SLM) is a mainstream powder-bed fusion additive manufacturing (AM) process that creates a three-dimensional (3D) object using a high power laser to fuse fine particles of various metallic powders such as copper, tool steel, cobalt chrome, titanium, tungsten, aluminium and stainless steel. Over the past decade, SLM has received significant attention due to its capability in producing dense parts with superior mechanical properties. As a premier shape memory alloy, the nickel-titanium (NiTi) shape memory alloy is attractive for a variety of biomedical applications due to its superior mechanical properties, superelasticity, corrosion resistance and biocompatibility. This paper presents a comprehensive review of the recent progress in NiTi alloys produced by the SLM process, with a particular focus on the relationship between processing parameters, resultant microstructures and properties. Current research gaps, challenges and suggestions for future research are also addressed.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-021-00376-9     

金属激光3D打印过程数值模拟应用及研究现状

数值模拟可以高效、有针对性地对金属激光选区熔化成型过程中的温度场、熔池形状、残余应力和变形、凝固过程微观组织演变等过程建立相应的模型并对成形件的相关性能做出准确预测,为工艺优化提供科学的依据,显著降低工艺开发成本和缩短工艺开发周期,有力推动金属增材制造向工业级应用的转变。本文综述了金属激光增材制造过程中温度场、熔池动力学、成形件内部残余应力和变形、显微组织变化4个方面数值模拟的最新研究进展,概述了金属SLM过程数值模拟所取得的最新进展,分析了金属SLM数值模拟领域的研究热点和所存在的计算时间长、成本高等问题,最后提出金属SLM过程数值模拟应将3D打印过程中快速凝固、微熔池等特征与大数据、人工智能、深度学习等技术相结合,进一步提高数值模拟精度,拓宽金属激光增材制造加工窗口,为个性化产品开发提供指导。     

Al6063管件外增量成形工艺研究

目的 研究6063铝合金管件外增量成形过程,分析管件的成形效果,改进管件成形质量。方法 设置3组目标成形管件,使用Abaqus软件进行成形过程的数值模拟,通过考察成形管件的几何精度、壁厚分布、表面质量、成形力,分析成形质量和可能出现的问题。通过使用长120 mm、直径50 mm、壁厚1.5 mm的Al6063铝管进行管件外增量成形实验,验证数值模拟结果的可靠性。结果 成形管件会发生管端变形现象,具体表现为管端不圆与轴向伸长,成形件管端椭圆度为10.11%,管端变形程度与成形道次成正比,且在距离管端越近的成形区域,管端变形越明显。管壁成形区厚度增大并呈现不均匀分布。成形件管壁直线度偏差为0.34,且表面质量与径向进给量和轴向进给速度成反比,管件的圆角尺寸难以严格控制。径向力是成形过程中主要的成形力,其大小与工具头直径成正比。结论 管件外增量成形原理可靠,基于此能够实现多种目标管件的成形。由于成形原理的限制,成形件的成形质量还有很大的提升空间,合理制定工艺参数对提高成形质量十分重要。     

Studying the influence of initial powder characteristics on the properties of final parts manufactured by the selective laser melting technology

Selective laser melting (SLM) is an additive manufacturing process that enables direct manufacturing of 3D complex shape parts and internal architecture from powder materials. The SLM technology is characterised by high temperature gradients and solidification rates that have a significant effect on the microstructures and properties of final parts. The present paper aims at understanding the influence of the initial properties of various martensitic stainless steel powders on the final microstructures and mechanical properties of parts manufactured using the same optimised SLM process parameter settings. The results obtained show that for applied optimum process parameters, the thermal effects are the same for all martensitic powders used. Besides, the final microstructures and properties are different. The results clearly show the effect of the initial complex chemical composition of the martensitic precipitation hardening powder on the microstructures of final parts, and consequently, on their properties.