新的激光选区熔化3D打印工艺可制高强韧不锈钢部件

正英国伯明翰大学、瑞典斯德哥尔摩大学和中国浙江大学共同研制出一种新的3D打印工艺,克服了增材制造强度-延性的瓶颈。该工艺具有传统金属制备工艺不可能获得的高快速冷却速率,增材制造使金属变成非平衡态,产生类似亚微米尺寸的位错网组织,从而获得理想的强度和韧性。这项工作为科研人员带来了全新的设计高力学特性新型合金材料的工具,同时还为3D打印进入要求高力学特性如航天和车辆结构部件领域打下基础。试验系统有助于科研人员研究物理机制、确定有效地打印金属显微组织特性。     

增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能

为探索增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能,采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术制造316L不锈钢材料毛坯,通过机加工、抛光等操作得到了直径12 mm的增材制造316L不锈钢球形破片。开展打印态316L不锈钢材料的显微计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)和静动态力学试验研究,获得了打印态316L不锈钢在材料沉积方向的Johnson-Cook(JC)模型参数,进行了增材制造和传统冷轧工艺制造的316L不锈钢球形破片侵彻6 mm厚Q235钢靶的弹道试验。研究结果表明：增材制造球形破片的弹道极限速度比传统冷轧制造破片低2.5%左右,弹道性能有小幅提升,暗示了增材制造工艺用于制造战斗部预制破片的潜力;开展的数值仿真研究获得了与试验结果一致的剪切冲塞穿靶机理,仿真与试验穿靶速度数据比较吻合,弹道极限速度误差仅为1.4%左右,仿真结果也表明JC模型用于描述增材制造316L不锈钢材料穿靶行为的可行性。     

信息专递

正NASA推进3D打印技术在航空航天领域的应用据澳大利亚每日航天网2014年2月7日报道,由于能够为NASA提供高度定制的航天器和仪器部件,使得增材制造即3D打印技术与传统的制造方法相比成为一种令人无法抗拒的选择方案。由空间技术任务分部主导,NASA已经启动多个正式项目研制新的工具样机,利用增材制造技术满足现在和未来的任务需求。增材制造包括计算机辅助设备即CAD、模型和精密打印机,将金属、塑料和其它材料逐层沉积,直至打印完成。:     

激光增材制造微观结构模拟与力学性能预测

提出一种考虑粒子数量的激光增材制造热源模型,模拟同轴送粉激光熔覆增材制造过程中的温度变化历史,通过与试验数据对比验证所提出新型热源的有效性。基于Monte Carlo方法发展一种新型多尺度计算模型以模拟双相钛合金增材制造过程中的相变和晶粒变化,采用有限元模型重构Monte Carlo模型所得到的微观结构模型,通过算例对比验证基于微观结构形貌的有限元模型对于双相钛合金力学性能预测的准确性,并进一步计算分析激光增材制造构件的流动应力。计算结果发现,采用考虑粒子数量的热源模型,可以更好地模拟增材制造热过程,增材过程中各层出现不同程度的重熔及重加热过程。微观结构计算结果表明,对增材制造过程微观结构的多尺度模拟是有效的,且可以较好地计算两相钛合金增材制造过程中的晶粒体分比变化及形貌。在对重构Monte Carlo模型计算所得微观结构进行力学性能测试中发现,计算所得流动应力均能较好地反映两相钛合金力学性能变化规律。     

铝合金冷金属过渡焊接电弧与温度场特征

针对高质量焊接技术的需求,研究铝合金冷金属焊接技术多种工作模式的电弧特征,进行厚板铝合金冷金属过渡(CMT)焊接工艺和脉冲MIG焊接工艺试验,测量对比CMT和脉冲MIG焊接温度场,对比焊接热循环曲线和接头显微组织的差别。试验表明:相对脉冲MIG焊,CMT焊接温度场峰值温度低,高温停留时间短,多层多道焊接接头组织明显改善,晶粒明显细化;CMT焊接方法可获得更加优良的铝合金焊接接头。     

氢对TA16钛合金性能影响研究

研究氢对TA16钛合金显微组织、氢脆行为和应力腐蚀行为的影响,以及TA16钛合金在8.5 MPa高温碱性水中的吸氢性能。结果表明,氢在TA16钛合金中形成面心立方的δ相氢化物TiHx(x=1~2)。在室温条件下,TA16钛合金氢脆敏感性随着合金中的氢含量的增加而增大;在8.5 MPa高温碱性水中,TA16钛合金的应力腐蚀敏感性随着合金中氢含量的增加而增大,但合金中氢的体积浓度小于350 mL/m3时,合金的应力腐蚀敏感指数小于0.2。在8.5 MPa高温碱性水中,TA16钛合金的吸氢量随着浸泡时间的增加而增大,浸泡13 000 h后,TA16钛合金的吸氢体积浓度小于50 mL/m3,合金表面形成的由TiO、TiO2和Ti2O3组成的致密氧化膜。     

宾州州立大学增材制造研究促进高性能钢3D打印

正据美国2021年2月15日Erin Cassindy Hendrick于news/psu.edu/story(宾州州立大学网页)报道:宾州州立大学工程学院的研究人员收到434 000美元科研资助用以开发增材制造(3D打印),用于高强钢和合金材料。高强钢适合军用,如个人装备、装甲车辆、爆轰和弹道保护专门设施、舰船壳体材料。但这些钢具有高开裂敏感性和低焊接性能,用传统制备方法很难制造,宾州州立大学计划通过增材制造扩大这些材料的利用,使之既节约成本又增加效用。这些材料是用于增材制造的全新材料,有助于进一步研究新的使用途径。     

纵向磁场对铝合金电弧熔敷成形表面精度的影响

为提高电弧增材制造成形精度,研究纵向磁场作用下铝合金电弧熔敷增材成形工艺,考察不同函数近似表征成形焊道截面轮廓,分析纵向磁场对焊道外形尺寸、润湿角的影响以及提高熔敷层成形精度的作用。结果表明:抛物线和正弦曲线能较好地表征成形焊道截面轮廓,电弧增材成形过程加入纵向磁场后,随着励磁电流的增加,焊道余高减小,熔宽增大,润湿角逐渐减小,熔敷层平整度提高;当励磁电流为25 A时,表面平整度最高,成形精度最优。     

Ti-Nb合金激光粉末沉积增材制造显微组织的相场模拟

将传统有限元传热模型和定量相场模型结合,模拟Ti-Nb合金多层激光粉末增材制造过程中金属凝固过程的温度历史及其显微组织。研究Ti-Nb合金在激光粉末沉淀过程中各层的晶粒演化,与已有试验对比验证模型的准确性。将有限元传热模型得到的不同增材层的温度历史用于定量相场模型模拟合金在局部稳态条件下的定向凝固行为,采用Fortran编写程序求解以凝固速度和温度梯度作为输入参数的相场方程。结果表明:不同增材层的热历史及凝固形态是有区别的,随着增材的层数增加,每层熔池边界的温度梯度呈非线性降低,相应的显微组织的枝晶间距随着温度梯度的降低而增大。     

TA1-Q345爆炸焊接复合板组织与性能研究

采用爆炸焊接法获得TA1-Q345复合板,兼具TA1钛合金钢的高耐蚀性和Q345钢的高强度.对复合板界面显微组织观察发现结合界面以往复循环波纹结合,界面两侧金属不同程度塑性变形,界面波纹状端部存在熔化区.对界面EDS面扫描显示界面两侧金属元素相互扩散.结果表明:界面处显微硬度最高,沿两边母材方向硬度逐渐减小,直到和母材硬度相同.复合板纵向剪切强度为334 MPa,横向剪切强度为298 MPa,均高于理论下限(196 MPa).     

NASA投资用于飞机的3D打印技术

据美国Emily Durham报道,增材制造(AM)也称3D打印,是用于飞机制造领域的技术。增材制造的设计灵活,定制成本降低,已完成工件的交付速度制造完美,3D打印技术新前沿领先者是大学的"下一代制造中心"和"未来创新制造"。该大学已被NASA选中,领导一研究队伍,致力于试验新途径以制造驱动未来的飞机,通过NASA,Carneige Mellon大学领导主动权,作为有改革能力航空程序的一部分,Carneige Mellon大学将帮助美国解决最紧迫的航空问题。     

美国陆军、NASA和阿拉巴马大学联合探索“改变游戏规则”的3D打印技术

<正>据《3D打印》网站报道,美国陆军陆航和导弹研发工程中心(AMRDEC)、NASA马绍尔太空飞行中心(MSFC)和阿拉巴马大学成立集成产品团队(IPT),联合探索增材制造在国防和太空探索中的应用,开展研发基于增材制造的技术。导弹研发工程中心正在着眼共同研究增材制造作为导弹最小成本和优化性能的技术,目的是提高结构件的设计以及材料和不同工艺的表征。军方和太空署     

面向装备应急保障的金属增材制造技术

若能将金属增材制造技术应用于装备的现场制造和维修,将有效提高部队的应急保障能力。介绍常见的金属增材制造技术及其基本原理,对几种典型技术的成形速度、精度、最大成形尺寸及成形件的力学性能进行对比分析。结合金属增材制造技术在国内外军事领域应用现状及装备应急保障的特点,从成形效率、质量、能力和设备的机动性、抗干扰能力、成本几方面展开分析。结果表明,电弧增材制造和激光近净成形技术在装备应急保障中具有较大的应用潜力。     

开发有利于增材制造的合金成分

正据2021年3月4日美国sbir.gov网站报道:为开发增材制造目前无法获得性能的合金成分,如具有择优晶体取向的材料,弥散成形的合金要么在增材制造中形成,要么在增材制造结束后通过热处理形成。这些合金成分降低材料缺陷,使抗疲劳性和强度更高。对目前铸造、锻造合金,增材工艺试图获得优异性能,这个目标有些难度,因为不同增材工艺、零件设计具有材料本身固有的不同凝固条件。增材合金具有复杂热循环,包括定向热构建、重复熔化、快速凝固。增材制造常产生更细小的微观组织,与传统工艺相比,增材制造的材料抗疲劳性能更好,但抗蠕变性能降低。     

运载火箭大型关键承力产品激光沉积增材制造技术研究

针对TC11钛合金芯级捆绑支座激光熔化沉积成形制造过程开展了工艺研究和产品试制,通过对比分析验证了不同成形方向结合区对本体性能无明显影响,证明了原材料粉末中氧元素对本体性能的强化作用,并提出了合理的粉末原材料含氧量控制范围.试制件1.5倍工作载荷静力试验考核合格,通过材料升级与增材制造技术结合实现了结构减重和快速制造的目的,为运载火箭大型复杂结构关键承力产品制造提供了一条新的途径.     

美国Tinker空军基地制造首个3D打印发动机部件

据2020年8月3日美国Tinker空军基地网上报道:美国俄克拉荷马城(Oklahama)空军后勤基地、空军维护中心制造出首个增材制造金属部件,在美国空军飞机发动机上试验成功,这是未来飞机维持E-3机载预警和控制系统以及B-52轰炸机的重要里程碑。该基地使用3D打印(增材制造)用于TF33-P103发动机部件,该部件不仅节省制造时间还提高发动机效率。该项合作是第76推进维护组,逆向工程(或倒序制造,即研究另一家公司产品后加以仿制),关键工装实验室和空军寿命循环管理中心推进维持部门共同制造的3D打印抗冰垫圈(gasket)。该垫圈是TF33发动机安全有效运行的关键部件,可使E-3、B-52和E-8联合侦察目标攻击雷达系统更快。     

全球快讯

正GKN航宇公司牵头组织增材制造研究日前,GKN航宇公司表示将领导英国企业成立地平线(AM)研发项目,以构筑公司的增材制造能力,该项目计划历时3年半,投资1 340万英镑。AM团队包括GKN航宇公司、雷尼绍公司、Delcam和谢菲尔德大学、沃里克大学。AM项目将关注多项有潜力的增材制造技术,涉及从研发到生产工艺。这些新工艺将在低阻力、高性能的机翼设计和更轻、更高效的发动机系统上启发创新,以减少燃油消耗和排放。AM项目将首先致力于使用增材制造技术制造近净成形零件。     

美国海军陆战队使用3D打印弹药进行试验

正据Hope Hodge Seck于2020年4月初在美国弗吉尼亚州的Quantico报道,美国海军陆战队后勤办公室在马里兰州海军表面战事中心悄悄打印并引爆一种间接弹药。该弹药,与传统方式制造的弹药比更具杀伤力。试验表明,这种弹药不但能提高杀伤力且会根据任务调整系统。未来海军陆战队将拥有更安全更精准的武器,这归功于新的制造方法。增材制造可精确控制弹药、战斗部的爆轰和相关碎片使之获得对特殊目标的特殊效果。目前人工制造弹药非常昂贵,增材制造更好更快更便宜。     

生产中3D打印的优缺点

正2020年4月20日,据匈牙利Daily News Hungary报道:3D打印是直接制备三维物体和产品的工艺,把不同材料一层层有序排放,通过连接或硬化把材料连接成整体,整个工艺在计算机操控下完成,这种制造工艺也叫增材制造,近几年为制造领域奠定了基础。3D打印一般为商业制造商和制造爱好者所用。每年有新品质3D打印机问世,设计者和制造者会用性能更好、更有效的工艺制造出3D815     

Aerojet Rocketdyne和Velo3D提升3D金属打印水平

据2020年8月20日美国福布斯网站Jim Vinoski报道:3D打印(增材制造)应用之一是用于航空工业产品。航空系统的产品要求其高技术、复杂部件和小体积生产,十分适合增材制造。但时机尚不成熟,仍有许多工作待完善,以挖掘该技术的潜能。Aerojet Rocketdyne和Velo3D两个公司合作,使金属增材制造的优势最大化。Aerojet Rocketdyne是空间和防务大集团,火箭和导弹发动机制造商,在纽约股票交易所上市并持有33.9亿美元资本。该公司目前的项目包括帮助派送一位男性和首位女性在2024年登月、开发超声速吸气式推进系统。Velo3D是加州新兴公司,以金属增材制造打印机和软件为主。已集资1.5亿美元,最近一轮集资是2020年4月的D轮,共集资0.28亿美元。