激光选区熔化增材制造技术的发展

当前,激光选区熔化增材制造技术在航空航天、军工、医疗、汽车、模具、文创等领域已有较多应用.从结构创新、专用材料、设备升级、数字化、智能化、跨学科与跨领域等方面介绍了激光选区熔化增材制造技术的发展.     

TiAl基合金的增材制造技术研究进展

TiAl基合金是一种新型的轻质高温结构材料,在航空、航天领域具有很好的应用前景.增材制造技术作为一项先进的快速近净成形技术,非常适合用于具有复杂结构、高精度要求的发动机高温结构件的制造.在分析相关文献的基础上,评述了国内外TiAl基合金增材制造技术主要研究进展,包括激光熔化沉积、激光选区熔化、电子束选区熔化和电弧熔丝等增材制造方法的原理、优势和最新进展情况,以及TiAl基复合材料和有关梯度材料的研究现状,分析了现阶段TiAl基合金增材制造技术的不足,并在增材制造用TiAl基合金成分设计、工艺优化与组织性能改善、新型TiAl基材料开发和复合增材制造技术探索等方面提出了展望.     

高能束增材制造钛铝合金的研究进展

选区激光熔化和电子束选区熔化增材制造是较理想的先进高能束增材制造技术.选区激光熔化和电子束选区熔化制备钛铝合金的组织细小,力学性能明显优于铸造合金的,成形后通过合理的热处理工艺,合金能获得良好的高温抗蠕变性能和延展性.高能束增材制造技术很好地解决了传统钛铝合金构件成形问题.综述了钛铝预合金粉末的制备工艺、选区激光熔化和电子束选区熔化技术的工艺和应用以及钛铝合金的组织和性能的研究进展,指出了未来在高能束增材制造钛铝合金方面的研究方向.     

激光选区熔化成形TC4钛合金显微组织与性能的研究进展

激光选区熔化技术是在精密复杂零部件制备方面应用较广的激光增材制造技术之一,可实现复杂零件的近净成形。从成形工艺参数和固溶时效处理两方面,对现阶段激光选区熔化成形TC4合金显微组织及力学性能控制的研究进展进行了综述,并对其后续发展方向进行了展望。     

TC4钛合金锻造/SLM增材组合制造结合区组织调控与力学行为研究

采用在锻造TC4钛合金上激光选区熔化增材制造TC4钛合金的组合制造工艺方法,制备了锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金组织,在退火热处理状态下研究了锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金结合区的组织特征和力学行为。结果表明:经过780℃×2h的退火热处理后,锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金结合区可观察到一条清晰连续的界线,界线两侧显微组织分别呈典型锻造TC4钛合金、激光选区熔化增材制造TC4钛合金组织特征,无逐渐变化的特征。界面区域组织致密,与锻造或激光选区熔化增材制造TC4钛合金相比,未表现出更多微观缺陷。在拉伸位移方向平行于界面方向的条件下,锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金结合区的屈服强度、抗拉强度低于激光选区熔化增材制造区域,高于锻造区域。在一定程度上展现了TC4钛合金锻造/激光选区熔化增材组合制造工艺方法的应用潜力。     

成分梯度材料零件的激光选区熔化成型

为解决复杂结构金属梯度材料零件制造技术的难题,对成分梯度材料零件的激光选区熔化成型方法展开了研究。通过零件梯度设计法结合多组扫描路径数据文件及一个txt格式文件,实现了成分梯度材料零件增材制造数据的获取;通过双轴摆动的粉末实时混合均布装置实现了梯度成分粉末的实时混合及均布;采用柔性清扫回收原理解决激光选区熔化制造梯度材料零件时同层内不同粉末的清理回收问题。利用自主研发的梯度材料零件激光选区熔化成型系统展开了实验验证。获得了4340+CuSn10梯度材料零件,颜色上呈明显的梯度过渡,对其前侧面及上表面进行EDS分析,发现中间3个梯度区域Fe的平均质量百分比在垂直方向分别为4.94%,36.49%,59.16%,在水平方向分别为12.88%,41%,53.59%,在不同层之间、同一层不同区域之间均呈梯度变化。该方法可实现成分梯度材料零件自由增材制造,为该类零件的制造提供了新的选择。     

激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用

激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术,可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能,为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用,采用DiMetal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V,并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和DiMetal系列激光选区熔化设备,设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明DiMetal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造,这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。     

异质材料零件SLM增材制造系统设计与实现

基于多漏斗定量供粉+柔性清理回收粉末原理,研制了一套新型的异质材料零件激光选区熔化增材制造系统。详细分析了系统的运行原理、系统构成、定量供粉实现,杂质的防范等,并研发了定量供粉、均粉、粉末铺设回收、污染防范等装置,构思了异质材料零件数据处理方法。通过VC++开发的总控软件,将各装置集成控制,建成了异质材料零件激光选区熔化增材制造系统,并成功展开了实验验证。     

选区激光熔化工艺参数对燃料电池316L不锈钢双极板性能的影响

316L不锈钢材料具有耐蚀性好、成形性好、成本低等优点,在燃料电池金属双极板领域有着良好的应用前景.基于传统等材、减材加工方法难以成形复杂结构燃料电池双极板的瓶颈,使用选区激光熔化技术可实现复杂结构316L不锈钢双极板的成形制造.针对燃料电池不锈钢金属双极板的应用背景,系统研究了不同激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度)对所成形316L不锈钢材料微观组织及双极板所需耐蚀性和表面接触电阻的影响,并对比了传统锻造316L不锈钢与选区激光熔化316L不锈钢在显微组织和性能上的差异.结果 表明,选区激光熔化成形316L不锈钢的致密度随着激光功率的增大而增大,随着扫描速度的增大而减少,并在激光功率为300W,扫描速度为1500～2000 mm/s时达到最大值.相比于具有等轴晶特征的锻造不锈钢试样,选区激光熔化成形不锈钢试样柱状晶组织有利于降低晶界对电流的阻碍作用,从而降低了表面接触电阻;同时,随着样品表面粗糙度的提高,选区激光熔化成形不锈钢试样的表面接触电阻降低.致密度高的选区激光熔化成形不锈钢试样的耐蚀性优于锻造成形不锈钢试样,且随着致密度的减小,选区激光熔化成形试样的耐蚀性逐渐降低.本研究结果表明选区激光熔化成形316L不锈钢材料可用于燃料电池金属双极板.     

复杂结构与高性能材料增材制造技术进展

增材制造具有逐点熔凝、分层制造的工艺特征,一方面可实现三维复杂结构零件的快速制造,另一方面可实现材料的高性能化。基于增材制造技术在复杂结构及高性能材料制备方面的巨大技术优势与应用前景,综述了增材制造技术在点阵结构、大型薄壁结构、复杂曲面结构、一体化结构等典型复杂结构,以及在铁基合金、镍基合金、钛基合金、铝基合金、金属间化合物、功能梯度材料、陶瓷等高性能材料方面的研究现状与技术进展,并对增材制造技术在结构设计、专用材料体系、新材料研发、修复与再制造以及数据库与标准等方向的未来发展趋势进行了展望。     

超声波线焊的两维非接触有限元分析

在超声波线焊中,虽然金线和焊接平台间的接触界面较大,但实验显示,焊接部位只发生在接触截面的周边,这是一种特别的焊接界面形态和超声波线焊的机理。本文采用弹塑性、大变形的非线性有限元方法,模拟了超声波线焊的过程,分析了接触界面的接触压强分布,发现不均匀的接触压强分布是导致这种焊点形态的主要原因。这种不均匀的焊点形态也将影响对压碶按压力作用的理解,过高的压碶按压力并不一定有助于超声波线焊。     

引线键合力控制系统的优化设计

引线键合采用高纯度金线、铝线连接电子晶片和外围的管脚,是标准的微电子加工和封装的技术。从引线键合运动的角度来说,完整过程包括两种不同的运动状态:自由运动和约束运动。因为系统状态的不连续,在从自由运动的非接触状态到约束运动的接触状态时的阶跃过程,过大的键合力导致“过键合”情况,造成引线键合球的龟裂。所以,引线键合的质量和可靠性很大程度上取决于键合力控制的性能。很多因素都对键合力控性能有很大的影响。在本文中,提出一个具有鲁棒性优化的方法,用来设计高性能的键合力控制系统,在系统参数的波动和不确定性对于性能的影响的情况下,实现引线键合的平滑、稳定的接触阶跃控制。两步走的策略被采用:第一步,建立键合力控制系统的闭环模型;第二步,控制和结构同步鲁棒性优化,设计出高性能的键合力控制系统。     

电子封装中超声波线焊的三维/二维非线性有限元分析

用三维和二维的有限元方法对超声波线焊进行了模拟，其间考虑了材料非线性、几何非线性和接触边界非线性的影响。实验显示，金线和焊接平台的接触界面为长椭圆形状，其中焊接部位发生在接触界面的周边。有限元模拟的结果显示，最大的接触压力以及由此导致的最大摩擦能密度也发生在接触界面的周边，从而解释了实验现象。分析了各工作参数对超声波线焊产生的影响。结果表明，并不是压碳按压力越高，接触压力就越大，这意味着提高压碳按压力不一定能提高焊接的可能性，有限元分析有助于确定合适的压碳按压力。     

硬盘磁头激光锡球焊接有限元分析

介绍硬盘磁头激光锡球焊接的原理和优点;统计分析了焊接缺陷主要是表现为锡球断路、焊锡过流、锡球分布不对称以及烧焦和锡溅,主要受锡球大小、焊盘相对位置以及有关加工参数的影响。通过有限元模拟,得出最优的锡球直径和焊盘位置参数。生产实践证明,模拟结果数据效果良好,产品合格率增加。     

混压多层印制板多芯片收发组件关键技术研究

作为有源相控阵天线阵面的核心部件,收发组件在整个有源天线阵面中的成本占比最高,因此如何降低收发组件的成本是设计天线阵面需要着重考虑的问题。与多芯片收发组件中常用的低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC）多层基板相比,多层印制板在成本方面具有很大优势。文中利用混压多层印制板,结合铝合金封装壳体,研制了一款Ku波段四通道低成本收发组件。该收发组件在工作频带内可以实现6位移相和6位幅度衰减,其通道接收增益≥20 dB,通道发射功率≥10 W。文中针对混压多层印制板热膨胀系数高、布线密度低、金丝键合可靠性差等问题,优化了基板叠层方案,研究了高密度互联通孔制作、基板镀层高可靠键合、低成本气密封装等关键工艺技术,有效提升了产品的可靠性,可为低成本混压多层印制板在多芯片组件中的工程化应用提供参考。     

超声波铝线邦定机压力信号采集系统的抗干扰设计

描述了超声波铝线邦定过程,针对压力信号微弱的特点,设计了数据采集系统,详细分析了干扰产生的原因,从系统的各个部件上采取了抗干扰设计和措施,取得了预期的效果。为下一步对其实时监控提供了保证。     

基于自感知压电换能器的键合质量检测方法研究

将换能器耦合电信号作为识别键合质量的信息载体,研究了耦合信号的特征提取、模式识别方法及实际应用。提出了一种换能器耦合信号细化特征提取方法,该方法以三个关键键合过程即去除氧化膜、键合点塑性变形、应力扩散为依据,将瞬态耦合信号分段进行特征提取。采用主分量分析技术对提取的特征进行选择,通过BP神经网络对键合缺陷特征进行分析,有效地识别了无引线键合缺陷,预测了键合点剪切力。     

累积轧合法的研究现状及存在的问题

累积轧合法是一种深度塑性变形方法,它是通过累积的轧制过程达到金属材料发生强烈塑性变形的目的,可以显著细化金属材料的晶粒尺寸,对材料的微观组织和性能都产生很大的影响。对累积轧合法的工艺作了介绍,并对其目前的研究现状和存在问题作了分析。     

冷变形和热处理对Ag-4Pd键合合金线性能影响

通过对Ag-4Pd键合合金线冷加工和热处理过程中的微观组织与性能进行研究,分析了冷变形加工率和热处理温度对Ag-4Pd键合合金线力学性能、组织结构和熔断电流的影响。研究结果表明:Ag-4Pd键合合金线随冷加工率增长,强度增加,伸长率降低,滑移和孪生变形为主要形变类型;随着热处理温度的增加,?0.050 mm Ag-4Pd键合合金线拉断力下降,伸长率增加,525℃热处理时,Ag-4Pd键合合金线具有优秀的力学性能;进一步增加热处理温度,Ag-4Pd键合合金线出现孪晶组织,且孪生形核及亚晶吞并长大形核为主要形核方式;热处理过程中施加在线材上的拉紧力过大,导致Ag-4Pd键合合金线表面呈凹凸不平的微小竹节状;经试验数据拟合,Ag-4Pd键合合金线电阻值随热处理温度升高而降低,其熔断电流与熔断时间之间存在指数函数关系,Ag-4Pd键合合金线熔断电流与弧长之间存多项式函数关系。     

ANALYSIS OF MECHANICS IN BALL SPINNING OF THIN-WALLED TUBE

Ball spinning is applied to manufacturing thin-walled tube with high precision and high mechanical properties. On the basis of plastic mechanics, by simplifying ball spinning of thin-walled tube as plane strain problem, slab method is used for the purpose of calculating the contact deformation pressure. The spinning force components, the torsional moment, the deformation power and the deformation work are calculated further as well. The influence of the two important process parameters such as the feed ratio and the ball diameter on the spinning force components is analyzed in order to further control the spinning force components by regulating the two process variables during the ball spinning process. The stress and strain state in deformable zone as well as mechanics boundary conditions in ball spinning are obtained. The effect of the three spinning force components on the formability of the spun part is analyzed and validated through the ball spinning experiments. The theoretical and experimental results show that the radial spinning component plays a significant role in ball spinning of thin-walled tube, and the mechanics situation in backward ball spinning contributes to enhancing the plasticity of the metal material, but that in forward ball spinning contributes to advancing the axial flow of the metal material.