选区激光熔化快速成型系统及工艺研究

选区激光熔化技术是近几年出现的能直接制造终端、近终端金属产品的快速成型技术.描述了选区激光熔化快速成型设备系统组成,选区激光熔化对激光子系统、扫描子系统及软件子系统的功能要求.经工艺实验,分析了扫描速度、激光功率、扫描间距对成型质量的影响,并通过成型1个三维金属实体,验证了系统的可行性.     

激光选区熔化增材制造激光束光路系统优化研究

介绍了金属选区激光熔化成型技术的原理及研究现状,并提出了激光光路系统的优化设计方案,重点对激光器、扩束镜、扫描振镜、调焦装置和聚焦透镜等设备器件进行了原理分析和优化选型,并进行了相应光路系统的研制。对选区激光熔化成型设备的优化设计具有一定的指导意义。     

NiTi气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性、制件超弹性的影响

选区激光熔化成型具有外界温度感知能力的NiTi形状记忆合金是4D打印金属材料技术的基础研究,根据选区激光熔化技术对粉末性能的要求,研究NiTi形状记忆合金不同气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性及制件超弹性的影响规律具有重要意义。通过对比分析真空惰性气体雾化(VIGA)、电极感应熔炼气雾化(EIGA)制粉工艺对NiTi合金粉末杂质含量、流动性、球形度等性能的影响,发现VIGA制粉工艺由于采用坩埚熔炼,导致合金杂质元素增加、粉体性能恶化,粉末粒度分布偏向细粉侧,极易形成卫星粉,导致粉末流动性差,在打印过程中铺粉困难而难以成型,并且氧含量的增加导致打印过程中易发生球化、开裂等现象,使得VIGA工艺制备的NiTi合金粉末SLM成型性较差。而采用EIGA工艺制备的粉末粒度分布均匀、流动性好、氧含量低,满足选区激光熔化技术对NiTi合金粉末的特性要求。并对比分析两种工艺制备的粉末打印样品的表面形貌,成型了具有完全回复性能的超弹NiTi形状记忆合金样件。     

《半导体激光泵浦全固体激光技术》专题文章导读

半导体激光作为泵浦源的全固体激光器具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长和光束质量高等优点，是近几年激光技术研究的热点。通过非线性光学频率变换技术，即通过对全固体激光器基频光的倍频、和频、差频，参量变换以及拉曼频移等技术，原则上可把全固体激光的波长范围扩展到从深紫外到远红外的整个波段。由于连续工作的半导体激光泵浦全固体激光器基频光的输出功率较低，在半导体激光泵浦全固体激光器中普遍采用激光谐振腔内高功率密度来获得高转换效率的腔内非线性频率变换技术。     

水泵叶轮在激光选区熔化成型加工中的几何误差研究

以316L不锈钢金属粉末为原料,利用激光选区熔化成型技术试制某潜水泵用叶轮。针对水泵叶轮激光选区熔化成型加工中出现的几何误差,分析水泵叶轮出现几何误差的原因。通过设计工艺试验,探究水泵叶轮在激光选区熔化成型加工中几何误差的产生规律,建立水泵叶轮的几何误差模型,确定引起水泵叶轮成型精度的主要因素有:切片处理产生的误差、激光深穿透产生的误差、外边框凸起产生的误差、材料收缩变形产生的误差、粉末的杂质引起误差和成型缸升降产生的误差,采用后处理和补偿成型缸位移量,解决水泵叶轮几何误差。研究结果表明:当成型缸位移量为0.02823 mm时,所成型的水泵叶轮加工精度符合制造要求。     

金属构件选区激光熔化快速成型铺粉控制系统研究

选区激光熔化（SLM,Selective Laser Mching)技术是直接将选区内金属或合金粉末逐层熔化,堆积成一个冶金结合,组织致密的实体,其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理可直接作模具。本文是在自行研制的国内首台金属构件直接选区激光熔化实验样机设备基础上,介绍分析了该设备的控制系统,重点介绍了选区激光熔化设备铺粉控制系统,它是该技术能否达到预期目标的关键因素之一,并且对其铺粉精度进行了试验验证,为金属构件直接选区激光熔化成型工艺研究奠定了基础。     

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.     

选区激光熔化成型H13钢的致密度与组织研究

采用H13模具钢粉末进行选区激光熔化成型工艺实验,并对成型试样的致密度和显微组织进行了分析。实验结果表明,过高和过低的线能量都不利于试样致密度的提高,当线能量为0.45J/mm、激光功率为180W及扫描速度为400mm/s时,试样的致密度为最高值94.27%。在成型过程中激光功率对致密度的影响程度高于扫描速度对致密度的影响程度,不合理的工艺参数组合会导致内部组织不均匀,产生裂纹+孔隙等缺陷,从而降低成型试样的致密度。     

光纤激光器泵浦源有限元热分析

泵浦源是光纤激光器的重要部件。半导体激光器（LD）是光纤激光器最常用的泵浦源,温度对其工作的影响非常大。文中采用有限元法（FEM）分析了连续工作和间断工作两种模式下,作为泵浦源的半导体激光器的热特性。试验测试数据与软件仿真结果具有高度的一致性,整体趋势吻合,最大误差不超过5%,验证了仿真模型的正确性和可行性。在此基础上分析了4种工况下泵浦源的温度场和芯片温度变化特性,并进行了散热结构改进的初步研究,发现改变AIN基板和铜热沉的厚度可在一定程度上降低芯片的结温。     

铝合金激光选区熔化成型能力研究

为了探究激光选区熔化(SLM)技术在无支撑条件下铝合金零件的工艺成型能力,为后续基于铝合金SLM技术的结构设计奠定基础,开展了系列典型工艺单元件的设计与制造。在综合考虑零件摆向方位、悬端角度、开孔形状与大小等因素的基础上,采用Xline 2000 R设备在优化的工艺参数下选用AlSi10Mg粉末对这些典型工艺单元件进行激光选区熔化。通过典型工艺单元件的制造研究,得出了系列能够指导基于铝合金SLM技术进行结构设计的有益结论。该研究为后续基于铝合金SLM技术进行复杂零件的设计与制造奠定基础。     

SLS快速成形技术中激光加工参数对制件性能的影响

以AFS--320MZ快速成形机为例，研究了基于选择性激光烧结(SLS)快速成形制造中激光功率密度、扫描速度、扫描间距、扫描方式和铺粉密度等加工参数对制件性能的影响。     

金属粉末激光快速成形技术及发展现状

金属粉末激光快速成形技术是在快速原型技术和激光熔覆技术基础上发展起来的一项先进制造技术。鉴于它与传统制造相比所具有的突出优点,各研究机构竞相研究。其中美国激光工程化近净成形（LENSR）快速制造技术、Lasform^TM技术和金属直接沉积技术（DMD）代表了当今金属粉末激光快速成形技术发展趋势。论文介绍了我校实验室在这方面所做的一些研究工作。     

基于激光选区熔化的免组装机构直接制造技术

采用数字化设计和组装并直接制造成形、无需实际组装工序的机构,称之为免组装机构。激光选区熔化能够直接制造冶金结合、组织致密、尺寸精度高和良好力学性能的功能零件,是直接制造免组装机构的理想技术。研究了激光选区熔化成形免组装机构的摆放方式、间隙特征的尺寸精度和表面粗糙度、间隙特征结构优化等关键技术。通过自由设计和DiMetal-100系列激光选区熔化成形设备成形了免组装的铜钱算盘和折叠算盘、平面连杆机构(曲柄滑块、曲柄摇杆、摇杆滑块)和万向节等免组装机构。研究证明,激光选区熔化不仅能够顺利成形形状很复杂的零件,也能够直接成形具有相对运动的免组装机构,为机电产品的数字化设计和一体化制造提供了一种可行的方法。     

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。     

选区激光熔化快速成形系统的关键技术

研究激光、铺粉、扫描三个重要选区激光熔化子系统的技术要点。通过计算成形过程所需激光能量,确定激光器的选用。研究表明成形升降台的连续下降精度、铺粉辊的回转偏心量及径向跳动量都对实现最小铺粉厚度控制有着重要影响。结合扫描速度对比试验,分析扫描系统的扫描特征,认为采用快的扫描速度是选区激光熔化工艺的一个重要特点,此外应采用合适的扫描策略克服热变形。在上述研究基础上,采用铜基合金粉末进行三维金属实体成形试验,试验分析表明,成形实体是一个由等轴晶和枝晶组成,相对密度达95%,具有冶金结合组织的金属实体,尺寸精度为±0.5 mm。所获得的成形实体多层断面构造、铺粉、扫描特征等信息可证实部分技术要点分析。     

激光技术在汽车工业上的应用

激光加工在制造和表面强化上的应用已经有多年的历史.激光加工技术在汽车上的应用具有很大的经济价值,但我国激光技术在汽车上的应用还很不广泛,尤其是激光拼焊板.文中基于激光拼焊、激光复合焊、激光熔铸、激光淬火和激光快速制造的介绍来说明激光技术在汽车上的应用具有非常广阔的前景.     

激光快速成型技术的软件系统

就激光快速成型技术的软件系统进行了深入的探讨，用系统方法和集成观点分析了软件的组成、结构、功能、实现及其相互间的依赖关系，为自行开发激光快速成型技术的软件系统奠定了理论基础。     

金属粉末激光成形基体表面粘结性研究

金属粉末激光成形技术作为一种新的快速成形技术 ,将传统快速原型技术与激光熔覆技术相结合 ,用于研究具有任意复杂形状或者复杂材料组分金属材料零件 /模具的快速制造技术 ,并可以直接成形金属功能零件。成形加工过程中成形零件与基体表面的粘结牢固性直接决定加工是否可以顺利完成。采用低碳钢作为基体材料 ,基体表面经过打磨、刨削、氧化和磷化等四种不同处理方式进行粘结性试验 ,试验表明磷化表面粘结性能最佳并能成功地应用到金属粉末激光成形工艺中。     

激光工程化净成形技术的研究

激光工程化净成形技术是近年发展起来的一种新的快速成形技术 ,它将选择性激光烧结和激光熔覆技术相结合 ,不需要浸渗、热等静压等复杂后处理工序即可快速获得致密度和强度均较高的金属零件。本文介绍一种激光工程化净成形实验系统的组成 ,分析并解决激光工程化净成形加工中的若干问题     

Holographic Vector Wave Femtosecond Laser Processing

Parallel femtosecond laser processing using a computer-generated hologram (CGH) displayed on a spatial light modulator (SLM), called holographic femtosecond laser processing, provides the advantages of high throughput and high energy-use efficiency. Use of a light wave with spatially controlled polarization fields, called a vector wave, also offers novel properties in various applications. In this study, we demonstrated holographic femtosecond laser processing with a vector wave by using a pair of SLMs. In particular, we performed three-dimensional reconstruction with multifocal radial beams. We also realized simultaneous reconstruction with two different types of vector beams by using a novel design method of a CGH composed of multiple small CGHs. To our knowledge, this is the first demonstration of its kind. The polarization fields of the multifocal vector beams at the sample plane were analyzed from the orientations of periodic nanostructures fabricated with femtosecond laser light.