基于Matlab GUI框架下激光选区熔化成形铺粉质量检测系统研究

在激光选区熔化成形设备铺粉过程中,存在刮刀条纹、刮刀撞击、铺粉不完全、超高角和碎屑5种铺粉缺陷。为了实现激光选区熔化成形铺粉质量的在线和离线检测,基于Matlab GUI软件设计了一个激光选区熔化成形铺粉质量检测系统。利用Matlab图像捕获工具箱实现图像的实时采集,或将已采集的铺粉图像进行单张或批量质量检测,提取铺粉缺陷特征并显示结果、缺陷位置和运行时间;铺粉质量检测结果可保存为.txt文件,方便操作人员对激光选区熔化零件成形质量分析。系统对人工智能在灰度粉末铺层表面的均匀性进行了有益的探索,利用计算机图像识别技术代替人眼,判断激光选区熔化成形铺粉表面缺陷,为激光选区熔化成形铺粉质量分析提供了一个强有力的工具。     

多激光束选区熔化成形技术研究

多激光束选区熔化技术可以改善单激光束选区熔化成形过程中产生的球化、翘曲变形及裂纹等缺陷。研究了多激光束选区熔化成形系统中涉及的多个关键系统,包括铺粉与送粉系统、双激光光路系统、控制系统及分层切片数据处理软件系统等,并进行大量设备验证性工艺试验研究,成功研发出多激光束选区熔化成形设备,并成形出性能优异的复杂精密金属构件。     

选区激光烧结设备成型缸传动系统及铺粉精度的研究

成型缸传动系统是影响选区激光烧结铺粉精度的关键因素,根据铺粉工艺过程,确定成型缸传动系统总体方案,并建立传动系统模型.根据铺粉参数要求,详细介绍了传动系统动力参数的计算及步进电机的选用.最后对传动系统进行了静态定位误差的分析,以确保选区激光烧结设备铺粉精度符合要求.     

大型金属构件激光选区熔化成形设备设计

激光选区熔化成形技术发展迅速,用于大尺寸复杂金属构件整体成形的激光选区熔化成形设备的需求增加,其结构形式的选择需要结合大尺寸零件及成形基板的装卸以及激光选区熔化成形技术的工艺特性综合考虑。阐述了一种大型金属构件激光选区熔化成形设备的设计思路,提出了该设备的结构方案,叙述了该设备结构的各功能部件组成及设计要点。     

激光选区熔化的自动铺粉机构设计与应用

激光选区熔化技术大多采用导轨-滑块的形式实现铺粉动作,因金属粉末极细容易污染传动副,造成设备卡顿故障,影响加工精度等。为解决以上问题,设计一种基于平面四连杆机构的铺粉机构。该机构采用平面双摇杆的原理,通过电机驱动主动杆运动,带动双摇杆往复摆动,再带动铺粉刮刀往复运动,实现铺粉。利用有限元软件对该机构进行仿真分析,并拓扑优化设计,得到合理的零部件。经大量试验验证表明：该机构结构简单,克服了粉末污染传动副问题,传动稳定性好,对铺粉面有自压紧作用。此外,刮刀更换方便,可适用于单向或双向铺粉,适用性较强。     

激光选区熔化设备发展现状与趋势

激光选区熔化技术是金属3D打印中的一项重要技术,近几年得到了快速发展。从激光选区熔化设备厂商及其产品规格、设备结构原理及其发展方向等不同层面介绍了激光选区熔化设备近些年的发展,并结合目前发展现状提出了激光选区熔化技术未来发展趋势。     

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg合金的铺粉厚度

基于铺粉厚度优选出的3个工艺参数组合,分析了工艺参数组合对激光选区熔化技术成形AlSi10Mg合金试样基本性能的影响。3个工艺参数组合成形的试样硬度均高于63HRB,上表面单位面积磨损量均低于1.5×10-5 g/(s·mm2),孔隙率在0.05%以下,抗拉强度高于440 MPa,成形的测试试样尺寸误差均在±0.1 mm以内。试样上表面的表面粗糙度Ra在4 μm以下,侧表面的表面粗糙度Ra在5 μm以下。铺粉厚度30 μm的试样表面质量最优。     

选择性激光烧结铺粉辊运动参数分析

在选择性激光烧结技术中,成型缸内的粉末密度及其均匀性将直接影响烧结成型件的质量.为了提高铺粉的质量,以铺粉辊为研究对象,利用EDEM软件仿真铺粉过程,研究了铺粉辊的半径尺寸、平动速度,自转速度等对铺粉质量的影响规律.结果 表明:当铺粉辊半径增大,粉末均匀性相应升高,而密度相对降低;平动速度达到峰值后,随平动速度上升而粉...     

选择性激光熔化铺粉装置的优化设计北大核心

叙述了新设计的铺粉装置的工作原理。介绍了铺粉装置设计中的两点改进:铺粉刮刀的设计和落粉盒的设计。该铺粉装置将原有的两缸工作模式改为单缸工作模式,使用落粉盒进行粉末供给,从而减小设备体积,降低设备成本。已成功应用于实际制造。     

金属选区激光熔化成型设备控制系统设计

根据金属选区激光熔化成型设备的工作原理和控制要求,设计了以MCP控制平台为核心的控制系统。介绍了MCP控制平台的主要接口及其与激光器、振镜和步进电动机等主要执行元件的硬件连接;详细阐述了MCP控制平台主要配置开发过程,给出了激光扫描、铺粉、成型仓环境控制和人机界面(Human Machine Interface,HMI)信息交互等主要工艺的控制方式。经样机生产验证,该控制系统硬件结构简单,基于API函数的脚本开发方便快捷,系统研发周期短,运行稳定,适合工业化应用。     

激光选区熔化单道扫描与搭接数值模拟及试验

激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）单道扫描的数值模拟,在数值建模时多采用规则实体模拟铺设的粉末层,通过等效定义材料热物理属性模拟铺设粉末层中粉末与气体共存的情况,难以模拟粉末颗粒的随机性而带来的扫描结果的随机性,且难以分析熔池形貌、内部缺陷的微观衍变过程。针对SLM成形过程中激光功率和单道搭接率对扫描单道和单道搭接质量的影响,以316L不锈钢材料为例,建立SLM首层单道扫描与单道搭接数值模拟模型。SLM的铺粉过程在基于离散单元法的EDEM中建立,并得到数值化的粉床几何模型。SLM的单道扫描与搭接的模拟基于有限体积法,在FLUENT中实现,采用两相流模型与熔化/凝固模型捕捉熔池形貌变化过程,得到不同激光功率和扫描搭接率下成形单道与单道搭接的数值模型。最后结合试验表明了在100~300 W激光功率下成形单道表面形貌与缺陷的形成,当激光功率为100~150 W时,单道形貌不规则,且容易形成局部缺陷;在200~300 W功率下,激光功率越大,保证搭接质量的最低搭接率越小,当激光功率为250 W时,应保证单道填充间距不大于0.1 mm。研究成果对SLM工艺参数的调整与优化具有重要的参考价值。     

数字孪生驱动的金属选择性激光熔融成形过程在线监控

由激光熔融过程的极热极冷特性造成的成形零件质量缺陷一直阻碍着选择性激光熔融技术的广泛应用,为制造出高质量的零件,提出一种数字孪生驱动的金属选择性激光熔融成形过程在线监控方法,应用该方法建立智能成形系统并进行案例分析。基于粉末熔融过程的物理和虚拟建模、过程在线监测和大数据分析,构建了包括设备层、数据转换层、网络层、控制层和应用层的成形过程在线监控数字孪生系统框架,论述了各层的功能和所涉及的关键技术,并分析了选择性激光熔融成形过程监控的典型应用实例,为基于选择性激光熔融的智能成形提供了理论与技术支撑。     

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。     

基于双模式超声换能器的选择性激光熔化316L制件弹性常数无损表征研究

选择性激光熔化技术(SLM)可以快速成型任意结构的金属零件,但其制件的内部组织和材料性能与传统制件有着显著区别。基于双模式超声换能器对SLM 316L不锈钢制件的不同方向弹性常数及其分布进行表征研究。首先通过设计并制备高性能双模式超声换能器,搭建超声弹性常数分布测量系统。对SLM制备的316L不锈钢试样依次进行纵波和两个正交横波声速测量,获得同位置处不同方向弹性模量和泊松比。通过不同成型方向的声速测量,发现SLM制件在堆积z方向熔化层内呈现显著区别,表现出明显的各向异性。而y-z平面内弹性常数分布表征表明,杨氏模量E_(13)大于E_(12),泊松比σ_(13)小于σ_(12),且制件各熔化层弹性常数分布规律相似。此外,还讨论了加工过程中扫描速度和扫描间距等工艺参数对弹性参数的影响。选择性激光熔化制件弹性常数的有效无损表征将为增材制件内部质量控制和工艺改善提供技术基础。     

Balling behavior of stainless steel and nickel powder during selective laser melting process

Balling phenomenon, as a typical selective laser melting (SLM) defect, is detrimental to the forming quality. In this work, a detailed investigation into the balling behavior of selective laser melting of stainless steel and pure nickel powder was conducted. It was found that the SLM balling phenomenon can be divided into two types generally: the ellipsoidal balls with dimension of about 500?μm and the spherical balls with dimension of about 10?μm. The former is caused by worsened wetting ability and detrimental to SLM quality; the latter has no obvious detriment to SLM quality. The oxygen content plays an important role in determining the balling initiation, which can be considerably lessened by decreasing the oxygen content of atmosphere to 0.1%. A high laser line energy density, which can be obtained by applying high laser power and low scan speed, could enable a well-wetting characteristic. The effect of scan interval on balling initiation is not obvious as long as the scan track is continuous. The surface remelting procedure can also alleviate the balling effect in a certain extent, due to the melting and wetting of metal balls. Moreover, the balling phenomenon of pure nickel was also studied, and the results implied that the balling discipline had a universality.     

选区激光熔化快速成型扫描路径优化算法研究

本文针对选区激光熔化成型过程中所存在的翘曲变形、球化等现象及其成因进行了简要分析,并且结合相关文献,提出了重复扫描和分区扫描相结台的路径生成算法.分区避免了长线扫描,因而可以有效减小翘曲变形,一个层面上重复扫描可以减小层间的内应力,并且可以提高熔化层的表面质量,因而此种扫描路径生成算法可以有效地改善零件的成型质量.     

选区激光熔化工艺参数对Ti6Al4V粉末成型性的影响

以Ti6Al4V钛合金粉末为研究对象,在单层扫描和单道扫描实验的基础上,研究SLM工艺参数对Ti6Al4V合金材料成型性的影响,并进行了块体成型实验,通过设计正交试验及观察试样的形貌和致密度分析,最终得到Ti6Al4V合金粉末SLM块体成型的最佳工艺参数为:激光功率400W、搭接率1、扫描速度750mm/min,其致密度可以达到96.17％.     

选择性激光熔化成形TC4钛合金开裂行为及其机理研究

裂纹是选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)成形Ti6-Al-4V(TC4)钛合金过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。采用逐行交替的扫描策略制备TC4钛合金试样,利用扫描电子显微镜及X射线能谱分析等检测方法,研究SLM成形TC4钛合金过程中裂纹的开裂行为及其形成机理。结果表明,SLM成形TC4钛合金所产生的裂纹为冷裂纹,具有典型的穿晶开裂特征。采用逐行交替扫描策略成形的TC4钛合金,其组织为网篮状马氏体组织。SLM成形过程中高温度梯度导致制件内部存在较高的残余应力,抗裂强度较差的马氏体组织在残余应力的作用下而产生裂纹,粗大的裂纹最终分解为较小的裂纹而终止扩展。进一步分析认为,通过调整成形工艺参数,可以改变制件组织,同时削弱残余应力,从而达到减弱或消除裂纹的目的。     

半导体泵浦激光器在选区激光熔化工艺中的应用研究

选区激光熔化是新出现的能直接成型致密性接近100%终端金属产品的快速成型技术,该技术对成型能量源的要求严格。半导体泵浦激光器具有电光转换效率高、性能可靠、体积小巧、使用寿命长、输出光束质量好等优点。本文分析了选区激光熔化工艺对能量源的选用要求,对将半导体侧向泵浦Nd押YAG激光器应用于选区激光熔化工艺的可行性进行了评估,并通过实验进一步验证了评估结果。