选择性激光烧结金属件翘曲与开裂问题的研究进展

烧结件翘曲与开裂始终是选择性激光烧结的难题之一。本文简要介绍了选择性激光烧结技术的基本原理;详细阐述了翘曲与开裂的机理,总结了影响烧结件翘曲和开裂的一些因素,并分析了选择性激光烧结技术中的温度场与热应力场;最后,提出了选择性激光烧结技术进一步研究的方向。     

基于微悬臂梁阵列的凝视型激光告警系统的设计与实现

设计并实现了一种基于微悬臂梁焦平面阵列的凝视型激光告警系统。该系统通过微悬臂梁焦平面阵列及成像CCD来实现对入射激光的精确定向。入射激光通过红外镜头辐射到微悬臂梁焦平面阵列时会使微悬臂梁发生变形,通过光读出系统将这种变化成像在CCD上就可以判断出激光的入射方向。实验结果表明:镜头焦距为60mm、微悬臂梁面元为80μm×100μm时,告警系统的视场角为±15°,分辨率可达到0.5°。此告警系统视场角大、定向精度高,并且避免了激光对CCD的干扰及损坏。     

金属复合板激光弯曲过程中翘曲变形数值模拟

翘曲变形是影响复合板激光弯曲成形精度的重要因素。基于ANSYS软件和电子探针面扫描实验,建立了含结合面的不锈钢-碳钢复合板激光弯曲有限元模型,对一次扫描过程中产生的翘曲变形进行数值模拟。通过模拟激光作用下复合板的温度场、应力场及残余应力分布,结合自由端的变形,分析了翘曲变形产生的过程及原因。模拟结果表明:激光扫描过程中,受初始温度及边界效应的影响,扫描线上各点最高温度分布的不均匀百分比为18.33%。经0.2 s热传导及热量散失的共同作用后,扫描线中间区域出现热累积现象,热应力增大,产生了翘曲变形。对扫描线到自由端整体区域进行残余应力模拟分析可知,板材在其区域内部产生了翘曲作用力与区域周边约束反作用力,其大小和方向与翘曲的变形吻合。对比实验数据和模拟结果,翘曲线最大误差为3.90%,其中,弦高误差为3.33%,为复合板激光弯曲成形的角度控制提供了计算依据。     

BaGa4Se7与KTiOAsO4光参量振荡产生中红外激光性能对比

BaGa₄Se₇(硒镓钡,简称BGSe)与KTiOAsO₄(砷酸氧钛钾,简称KTA)均可在1.06 μm激光泵浦下产生中红外激光。首先仿真计算出两种非线性晶体的相位匹配曲线,结果显示:切割角为(56.3°, 0°)的BGSe晶体在I类相位匹配条件下和切割角为(90°, 0°)的KTA在II-A类相位匹配条件下均可产生~3.5 μm的闲频光。然后理论计算出BGSe (56.3°, 0°, I类)的有效非线性系数为?11.9 pm/V,KTA(90°, 0°,II-A类)的有效非线性系数为?3.2 pm/V;在其他条件相同的情况下,15 mm长BGSe (56.3°, 0°, I类) 的OPO振荡阈值是20 mm长KTA (90°, 0°, II-A类) OPO振荡阈值的35.11%。最后通过实验验证BGSe (56.3°, 0°, I类, 15 mm) 的振荡阈值小于KTA(90°, 0°, II-A类, 20 mm),输出的中红外激光能量大于KTA。因此,BGSe是一种极具应用前景的中红外非线性晶体。     

激光原位辅助单点金刚石刀具系统热变形仿真与实验分析

激光原位辅助单点金刚石刀具加工过程中,金刚石刀具吸收激光能量会产生相应的热变形,对加工精度产生影响.通过有限元软件COMSOL Multiphysics建立了激光透过金刚石刀具的热变形数值模拟,得到了金刚石刀具在激光辐照下的温升与热变形规律,并采用高精度的热像仪和电感测微仪记录刀具的温度变化和变形量.研究表明刀具模拟的...     

基于STL数据模型动态拓扑重构的快速切片算法

分析了现有金属激光立体成形(MLSF)切片算法,提出了一种基于STL模型动态拓扑重构的快速切片算法.根据STL模型中三角面片的几何信息和切片厚度,通过建立分组矩阵,减小了三角面片遍历的次数;通过构建三角面片之间的局部动态拓扑关系,减小了切片平面与三角面片的求交计算次数;并根据切片过程中大部分三角面片的毗邻关系不发生改变这一事实,提出了动态拓扑重构的算法,减小了切片过程中三角面片毗邻关系的查找次数,从而提高了切片算法的整体效率.在该算法的基础上,使用Visual C 和OpenGL开发了金属激光立体成形软件系统.     

激光等离子体X射线背光源诊断研究

为诊断激光驱动金属靶产生X射线背光源的性能,利用椭圆聚焦特性,研制了一种背光椭圆晶体谱仪。谱仪的色散分析元件为云母(002)晶体,椭圆弯晶的焦距为1350mm,离心率为0.9586。激光束以30°角斜入射背光薄靶,且与椭圆弯晶长轴方向垂直。背光椭圆弯晶谱仪的布拉格入射角为50°~67°,衍射探测角为100°~120°,探测的波长为0.14~0.16nm,采用X射线CCD相机接收信号。利用神光Ⅱ激光装置7#和8#激光器同时聚焦轰击10μm厚的Cu平面背光薄靶,CCD成功获取了Cu等离子体X射线的类氦和Kα谱线。经解谱发现谱线有明显基底,用最小二乘法差值去噪处理后,实测谱线分辨率(λ/Δλ)大于700。     

基于正弦光栅的凝视型激光探测告警系统的设计与实现

当激光入射到正弦光栅时,会产生0级和±1级衍射谱线,通过测量衍射谱线的分布,可获得入射激光的波长及方位角信息。为了实时探测激光光源的波长和方位角,设计了一种基于正弦光栅的凝视型激光探测告警系统。介绍了系统的工作原理,推导了激光波长和方位角的计算公式,并对系统的探测精度进行了数值模拟研究。分析了光栅常数和柱面镜曲率半径对系统探测能力的影响,并且给出了相关函数。实验结果表明:当光栅常数为1/500mm、柱面镜曲率半径为20mm时,系统可实现对波长为320～1100nm、视场角为±20°范围内激光源的实时探测,波长分辨率可达到10nm,角分辨率可达到1°。     

正方形薄板激光弯曲三维成形球冠面的技术分析

激光弯曲成形是利用激光束的能量修整板材曲率的一种新型柔性无模成形加工方法。为探索激光弯曲三维成形的机制以及成形过程中的物理现象,对1Cr18Ni9Ti正方形薄板采用交叉线扫描策略激光弯曲三维成形制备了球冠面,利用显式动态有限元方法分析了正方形薄板在激光扫描过程中的温度、应力、应变、节点加速度与速度以及形变的变化情况,在二维激光成形温度梯度机制基础上探讨了激光弯曲三维成形中存在的物理现象。在扫描过程中,薄板整体的温度随着激光扫描逐渐增加,在任意时刻任意位置的加热都会造成整体薄板应力作用方向和大小的改变,应力变化是形成圆周线的趋势,由于扫描路径时空的变化导致正方形薄板四角的变形量有所不同。     

开关面板微纳结构的激光制备及超疏水性研究

为了解决厨房用开关面板抗油污沉积的问题, 采用飞秒激光在开关面板表面制备出微纳米复合结构表面, 实现了超疏水性, 进而减少油污沉积附着, 研究了聚碳酸酯(PC)开关面板的激光烧蚀阈值、不同激光工艺参数和微纳结构对表面浸润性的影响。结果表明, PC开关面板在515nm波段下的烧蚀阈值为1.66μJ; 当激光能量为1.6μJ、扫描速率为200mm/s、搭接率为1/3线宽时, 其表面液滴接触角为161°, 表现出超疏水特性。经激光表面处理后的PC面板具有超疏水性, 可实现表面的自清洁作用, 显示出巨大的市场潜力。     

基板预变形下激光立体成形直薄壁件应力和变形的有限元模拟

针对单道多层的直薄件激光立体成形过程,建立了基板预变形和无预变形条件下的3D参数化有限元模型,进行了应力和变形的瞬时热弹塑性有限元模拟分析。模拟结果表明,基板预变形处理影响成形件应力和变形的分布与大小,并可减轻基板的翘曲变形。预变形下基板下表面具有初始拉应力点的残余应力值比无预变形要小,基板与熔覆层接触的界面中间位置残余应力也小于无预变形的情况,直薄壁件最大残余压应力所在位置也发生变化。在两模型中,熔覆层两侧边缘位置变形严重,而中间位置变形较小。熔覆层首层的沉积对基板变形量影响最大,后续熔覆层的沉积对基板变形量影响程度逐渐减小并最终趋于稳定。成形前对基板进行适当的预变形处理可以有效控制成形件变形和改善应力分布。     

激光熔覆制备梯度功能涂层的研究现状

介绍了激光熔覆技术的特点及其在材料表面改性中的应用概况,回顾了利用激光熔覆技术制备梯度功能涂层的国内外研究现状。经分析认为,外加强化相与基材热物性差别大是导致涂层开裂失效的主要因素。利用原位合成和基于快速原型的激光直接制造技术制备梯度功能表层或构件是将来的发展方向。     

1064 nm偏振薄膜的激光损伤特性

实验研究了偏振膜的0°和56°角激光损伤特性.研究表明,对于未镀SiO2覆盖层的偏振膜,S和P激光0°和56°角入射的损伤图貌为疤痕和膜层剥离,而对于镀SiO2覆盖层的偏振膜,0°和56°S偏振光的激光损伤主要为疤痕,56°P偏振光的激光损伤为30～50μm的孔洞,孔洞形成的原因与深入基片亚表面的抛光粉微粒有关.     

激光冲击TA2板料变形的理论分析和实验研究

金属板料的激光冲击成形技术是利用高能激光诱导的高幅冲击波的力效应,而非热效应实现金属板料的塑性成形技术。对单次激光冲击下TA2板料的变形过程进行了理论分析,通过对激光冲击波载荷作用下板料变形过程的理论分析,建立了激光冲击板料变形的数学模型,得到了板料变形量与加工系统中各种参数之间的相互关系,为加工过程中各种参数的合理优化、板料变形过程的有效控制和实现大面积金属板料的激光冲击成形提供了理论依据。利用高功率钕玻璃激光冲击波装置,从影响板料变形的几个因素出发,选取了三种实验方案,对单次激光冲击下板料的理论变形量进行了实验验证。实验结果表明,依据本数学模型计算得到的理论变形量与实验实测数据较为接近,从而验证了用于计算单次激光冲击下板料变形理论的正确性和预测板料变形的实用性。     

灰色关联分析选区激光烧结成型研究

选区激光烧结(SLS)是重要的3D技术之一。烧结高分子材料成型过程中,材料的不均匀收缩导致制件翘曲变形及尺寸减小。而在烧结过程中工艺参数起着主要影响作用。激光烧结聚丙烯(PP)复合粉末成型过程中,采用各工艺参数不同水平组合烧结成型制件;用灰色关联分析法(GRA)研究工艺参数对成型精度的影响。结果表明,对于翘曲量及尺寸精度最重要的影响因子为扫描速度。综合工艺参数对翘曲量和尺寸误差的影响,得到激光烧结PP制件的优化工艺参数:扫描速度为1.9 m/s,激光功率为16.5 W,铺粉厚度为0.15 mm,扫描间距为0.12 mm。     

TIG焊快速制造激光视觉检测系统的研究

为了研究钨极惰性气体保护焊(TIG)快速制造中金属结构成形的效果及工件变形情况,获取金属结构高度及其变化范围,通过对激光视觉传感所得到的图像进行分析,采用激光视觉检测的方法,制作了一种激光视觉检测系统。经与实验获得的实际金属结构高度数据对比,得到金属结构高度检测的误差在单道焊缝的自然成形的高度误差范围内的结果。结果表明,该方法可以比较有效地获得金属结构高度及母材工件变形情况。     

基于自适应提升方案的回波信号消噪算法研究

采用自适应提升小波方案,根据激光探测系统接收的回波信号特征,提出了一种更新滤波器和预测滤波器的设计方案,从而实现了自适应地调整预测和更新算子,增强了与处理信息的匹配,有效地提高了系统输出回波信号的峰值信噪比.其次,利用激光探测系统中检测的回波信号与噪声特点,给出了一种去噪软阈值的选取方案.将此算法应用于激光探测系统消噪,较好地满足了在强背景噪声下检测微弱信号的要求.仿真结果表明,采用该算法实现的激光探测系统去噪,在抑制噪声的同时较有效地保留信号的细节,重构了清晰的回波信号.     

α相织构对激光沉积制造TC4合金力学行为影响研究

为探明激光沉积制造TC4合金拉伸性能各向异性产生的机制,对不同取样角度的试样进行拉伸性能测试,并采用电子背散射衍射技术对成形件的晶体取向进行分析。结果表明:90°试样(拉伸试样的长轴方向与水平方向夹角为90°)的延伸率比45°试样高32%,抗拉强度和屈服强度分别低9%和8%;90°试样中的主要织构所对应的Schmid因子值最高,为0.485,外加拉伸应力σ与滑移方向分切应力τ之间的夹角θ为38°,试样首先开动的滑移系为柱面滑移系;45°试样的Schmid因子值最低,为0.415,θ为28°,试样首先开动的滑移系是锥面滑移系;90°试样中小角度晶界的占比最小,为1%,45°试样中小角度晶界的占比最高,为29.2%;90°试样具有最优的塑性,而45°试样具有最高的强度。     

层合板激光往复扫描弯曲中翘曲变形数值模拟

翘曲变形是影响层合板激光弯曲成形精度的重要因素,因此研究激光往复扫描过程中的翘曲变形具有重要的实际意义。文中使用ANSYS软件,建立不锈钢-碳钢层合板有限元模型,通过模拟激光作用下层合板的温度场、应力场分布,结合自由端的变形,分析了单道往复式扫描翘曲变形机理。模拟结果表明:随着往复扫描次数的增加,温度场扫描线两端区域温度交替波动升高使两端热量均衡,中间区域热累积现象使热应力增大。每次激光扫描后,激光作用区板材下表面的残余应力场对下次扫描时的翘曲变形都有一定促进作用,使翘曲变形增大,1~6次扫描后弦高从0.217 mm增大到0.363 mm,但随着扫描次数增加,促进作用减弱,弦高增长量略降低,最大值为0.058 mm。对比实验数据和模拟结果,温度场最大误差为9.85%,翘曲线Z向位移最大误差为4.33%,其中,弦高误差为2.16%,为层合板激光弯曲成形的精确控制提供了计算依据。     

激光弯曲成形机理与翘曲抑制研究

针对TA15钛合金材料，建立激光弯曲成形的三维热力耦合有限元仿真模型，得到不同加工参数下的材料温度场及变形场。通过搭建弯曲试验和测试系统，获得了部分加工参数下钛合金板的温度场和变形数据，并与仿真数据进行对比，验证了数值模型的有效性。基于板材厚度方向温度和塑性应变的分布，明确了在激光弯曲成形中的主导机制。研究了激光弯曲成形中的翘曲变形现象，提出可用于抑制翘曲变形的来回扫描加工方法。