3D打印零件的转折角度对成形温度和应力的影响

在复杂零件的3D打印过程中,转角附近容易形成加工缺陷,如宏观裂纹、毛刺、毛边、塌陷等。为减小转角处的缺陷,通过对有转角零件的3D打印过程进行模拟分析,得到不同零件的温度场和热应力场的分布规律,以及机床加速度、角度大小、转角处温度、温度梯度和转角处应力变化的关系。模拟结果表明转角处的热应力不仅和温度梯度有关,而且和转角两边所成的角度密切相关。试验验证了模拟过程温度的正确性及成形角度对成形质量的影响。     

激光选区熔化AlSi10Mg表面微弧氧化及其耐磨耐蚀性

为了提高轻质合金3D打印的耐磨、耐蚀性能,对激光选区熔化(SLM)铝合金(EOS:AlSi10Mg)打印成形后进行表面微弧氧化。采用应力分析仪、扫描电子显微镜、高温摩擦磨损、中性盐雾试验箱等设备,进行了残余应力测试,微观组织分析,摩擦磨损和腐蚀性能试验。结果表明,3D打印铝合金试样直接进行微弧氧化,由于残余应力(200MPa左右)较大,微弧氧化时表面氧化反应过程中促进了应力释放,使微弧氧化层加剧产生粗大裂纹;对打印后试样进行去应力热处理后,微弧氧化后表面仅见少量微小的工艺扩展裂纹。去应力后的微弧氧化层表面,平均摩擦因数由0.545降低到0.441,腐蚀环境后的抗腐蚀等级由9级提高到10级,证明3D打印激光立体成形热应力对成形零件的微弧氧化工艺性能影响较大。     

残余应力的利弊及其去除方法

钢铁零件淬火时由于从奥氏体化温度急冷而产生热应力,由于在Ms点以下的马氏体转变而产生相变应力。热应力使零件表面产生残余压应力,而相变应力则使零件表面产生残余拉应力。很好地利用热应力并尽量减少相变应力能有效地防止淬火开裂。从奥氏体化温度急冷的速度越快产生的热应力越大;在Ms—Mf间的冷却速度越慢产生的相变应力越小。因此在Ms点以上温度时     

粉床型电子束3D打印纯钨及W-Nb合金的显微组织及开裂机制

采用粉床型电子束3D打印技术制备了纯钨及固溶强化型W-Nb合金,对两种钨基材料的显微组织和裂纹缺陷进行了分析。研究发现：二者均沿逐层累积的方向形成柱状晶,Nb元素的加入使柱状晶的平均尺寸由109.78μm降至25.10μm。纯钨并未发生明显的开裂现象,但是W-Nb合金内部存在少量沿晶界分布的微裂纹。从热应力累积和凝固过程两个方面分析了钨基材料开裂的原因,粉床型电子束3D打印过程包含了熔池的快速凝固-快速冷却-高温保温几个阶段,过程中纯钨及W-Nb合金均发生了回复与再结晶,使成形过程中累积的热应力得到一定的释放,缓解了热应力累积引起的开裂现象。W-Nb合金的开裂主要是由于凝固过程中液态金属无法短时间内在枝晶间进行充分流动补缩,形成大量沿晶界分布的纳米微缩孔,在微小的应力作用下就会造成合金沿晶界开裂。     

金属3D打印技术的研究

3D打印或增材制造是一种采用逐层材料堆积的方式直接从数字模型制造零件的新方法,被誉为"第三次工业革命"的核心技术。这种无模具的制造方法可以在短时间内生产出高精度、完全致密的金属零件。3D打印具有零件设计自由、零件复杂性、轻量化、零件整合和功能设计等特点,故金属3D打印在航空航天、石油天然气、海洋、汽车、模具制造和医疗领域中的应用受到特别的关注。首先简要介绍了金属3D打印技术的基本原理、特点及分类,然后重点介绍了几种金属3D打印技术——选择性激光烧结技术(SLS)、选择性激光熔化成形技术(SLM)、直接金属激光烧结技术(DMLS)、电子束熔化成形技术(EBM)和激光工程化净成形技术(LENS),包括技术的基本原理、优缺点及其具体应用领域。最后对金属3D打印技术的优势、目前面临的主要问题及未来发展趋势进行了总结与展望。     

金属零件3D打印技术的应用研究

金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最具潜力的技术,是目前先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展对材料的不断需求,利用快速成形技术直接制造金属功能零件将会成为该技术的主要发展方向。3D打印技术正在快速改变着人们传统的生产方式和生活方式。以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印制造技术被外界认为将推动第三次工业革命。激光工程化净成形技术（LENS）,激光选区熔化技术（SLM）及电子束选区熔化技术（EBSM）3种技术是金属零件3D打印技术的典型代表。对金属零件3D打印技术,包括基本的技术原理及其技术应用领域进行了介绍,最后对金属零件3D打印技术的发展进行了展望。     

中国造出世界最大金属零件高精度3D打印装备

正由华中科技大学完成的"大型金属零件高效激光选区熔化增材制造关键技术与装备(俗称激光3D打印技术)"最近通过了湖北省科技厅成果鉴定。该成果深度融合了信息技术和制造技术等特征的激光3D打印技术,体积为(500×500×530)mm3,由4台激光器同时扫描,为目前世界上效率和尺寸最大的高精度金属零件激光3D打印装备。该装备攻克了多重技术难题,解决     

金属直薄壁件激光直接沉积过程的有限元模拟Ⅱ.沉积过程中热应力场的模拟

建立了按激光光斑直径逐点沉积热力耦合的热应力有限元分析模型．316L不锈钢直薄壁件沉积过程的热应力模拟结果显示，拉应力区出现在基板与沉积部分界面处（界面拉应力区）和沉积部分顶部（顶部拉应力区）；拉应力区的位置随激光束的运动不断变化．实验证明，沉积过程中的开裂分别发生在沉积部分顶部（顶部开裂）和基板与沉积部分界面处的边缘部位（边缘开裂）．顶部开裂出现在顶部拉应力区，边缘开裂出现在界面拉应力区中拉应力最大的边缘部位．有限元模拟结果很好地解释了实验中的开裂现象．     

Ni含量对Fe－Cr－Ni合金激光熔覆层性能及开裂敏感性的影响

Ｎｉ含量对Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ合金激光熔覆层性能及开裂敏感性的影响宋武林，朱蓓蒂，曾晓雁，崔昆（华中理工大学）金属涂层开裂是激光熔覆工艺中一个难题。发生开裂的主要原因是涂层形成过程中产生的各种应力，其中包括热应力、组织应力和拘束应力。这些应力的大小多与涂...     

基于ANSYS的挖掘机动臂侧板焊接应力及热应力分析

挖掘机动臂是主要承力部件,是由各零件焊接而成,焊接过程中易产生焊接应力和热应力。针对其在工作过程中焊缝开裂或母材开裂的问题,在详细分析动臂焊接工艺和制造的基础上,运用ANSYS软件建立动臂侧板焊接过程有限元模型,建立高斯热源模型,分析了焊接接头的焊接应力和热应力,获得应力的最大值和动臂焊缝应力状态分布随着时间变化的曲线。研究结果将对动臂焊接工艺的改进及提升挖掘机动臂的耐久性能和整机工作的可靠性能有重大的意义。     

3D打印过程中喷孔堵塞导致产品开裂问题的研究

3D打印机在生产过程中经常会遇到喷头堵塞不能正常喷射粘结剂而导致打印的部件开裂无法使用的情况。如果选择更换喷头，会使工厂生产成本大大增加。主要研究了打印数据与喷头喷墨位置偏移的关系，解决因喷射孔堵塞导致打印产品开裂的问题，从一定程度上降低3D打印生产成本。     

激光辅助氮化工艺中的开裂行为研究

目的研究激光辅助氮化过程中,氮化层的开裂行为。方法利用CO2激光辅助氮化的方法在钛合金表面制备氮化钛涂层,观察氮化层的宏观、微观形貌,分析组织结构特征,测定氮化层残余应力,研究基体厚度、激光扫描工艺参数对氮化层表面形貌和裂纹情况的影响。结果钛合金经单道或多道激光氮化后,表面形成非均匀氮化钛层,其显微结构为沿主干轴交叉生长的枝状晶组织,存在数量和尺寸不等的显微裂纹。较薄试样经单道激光氮化后,表面呈现较低的残余压应力状态,较厚试样则以拉应力为主;试样经多道激光氮化后,整个氮化区表面均呈现残余压应力状态。结论枝状氮化层与基体组织高度结合,不易脱落,但受基体约束作用,氮化层内的拉伸热应力导致其冷却过程中形成微裂纹。随着试样厚度和氮化面积的增加,较高的热应力使得裂纹密度和裂纹尺寸增加,严重影响氮化层的质量。残余应力是热应力和相变应力叠加的结果,对于多道激光氮化工艺而言,大面积氮化使得相变压应力增加,同时后热效应使得热应力降低,最终呈现出残余压应力状态。     

铝合金压铸模零件服役开裂失效分析

通过对服役2 000模次后发生开裂的铝合金压铸模零件材料的合金元素、金相组织、硬度、受力变形及热应力等进行分析,分别使用不同钢材材料及不同推杆结构进行对比验证,分析结果表明：模具温度因素引起的热应力分布不均是铝合金压铸模零件服役初期开裂的主要原因之一,提高模具零件表面强度和减少热应力分布不均能减少铝合金压铸模零件服役初期开裂风险,有利于延长模具的使用寿命。     

3D打印块体非晶合金研究进展

3D打印作为一项新兴技术,是制备大尺寸与复杂形状块体非晶合金的理想方案。总结了3D打印块体非晶合金的研究现状,包括激光立体成形技术(LSF)与选区激光熔化成形技术(SLM);分析了3D打印块体非晶合金过程中所面对的热影响区(HAZ)、组织均匀性与残余应力等问题;并指出了针对特定体系的非晶合金,开展3D打印成形工艺参数优化研究的必要性。     

我国研制出大尺寸高精度金属零件3D打印装备

正由武汉光电国家实验室(筹)完成的"大型金属零件高效激光选区熔化增材制造关键技术与装备(俗称激光3D打印技术)"2016年4月26日顺利通过了湖北省科技厅成果鉴定。这套装备为目前世界上效率领先、打印零件尺寸最大的高精度金属零件激光3D打印装备。据华中科技大学武汉光电国家实验室曾晓雁教授介绍,该装备采用4台激光器同时扫描,解决了航空航天复杂精密金属零件在材料结构功能一体化及减重等技术难题,实现了复杂金属零件高精度成形、提高成形效率、缩短装备研制周期等目的。     

SLM成形AlSi10Mg合金残余应力数值模拟及组织性能分析

通过有限元模拟与试验测试,研究了打印参数对选区激光熔化(SLM)工艺成形AlSi10Mg合金残余应力的影响。结果表明,打印过程存在3个峰值温度;随着基板温度、激光功率、扫描速度和扫描间距的增加,成形件残余应力先减小后增大。当激光功率为450 W、扫描速度为1 100mm/s、扫描间距为70μm、基板温度为200℃时,打印件具有最小的残余应力,成形件抗拉强度为480MPa、屈服强度为310MPa、伸长率为6%。成形件组织中存在粗晶区、细晶区和热影响区3种区域,Si相呈网状结构分布。     

河钢非金属3D打印机正式投入使用

正近日,河钢非金属3D打印机在河钢承钢的增材制造服务示范中心正式投入使用,并以PSB粉末为原料打印了多批次零件,实现了金属打印和非金属打印双重功能。该非金属3D打印机采用激光快速成型技术(SLS),可成型的材料包括树脂砂、低温蜡、PSB粉、尼龙等,生产的产品可应用于航空航天、汽车、文化创意等领域。在实现非金属3D打印中,河钢技术人员解决了以PSB粉末为原料打印的零件强度较低的问题,使打印精度和零部件强度都大大提高。     

异种材料淬火过程的有限元模拟

钛合金扩散焊接轴承钢材料由于含有钒、铜、镍中间层,在淬火过程中容易从多层材料界面处开裂.因此利用纳米显微力学探针测量了材料的弹性模量,然后采用ANSYS有限元软件对淬火中钛合金焊接轴承钢材料进行了有限元(FEM)模拟,根据得到的温度场以及应力场分布,找出了容易诱发界面处产生裂纹的原因.模拟表明淬火初期由于整体材料发生收缩而引起整体热应力的增加,淬火后期由于轴承钢发生马氏体相变,轴承钢体积开始膨胀,组织应力相应增加,抵消了一部分热应力的值,最终部件的残余应力是这两种应力共同作用的结果.高的淬火温度,增加了淬火过程中试件内部的应力值,容易引起过渡层处产生微裂纹从而导致局部开裂,因此,合适的淬火温度应取在830～860℃范围内且尽可能取偏其下限.     

W/Cu梯度功能材料板稳态热应力分析

采用解析法研究了W/Cu梯度功能材料板的残余热应力和在稳态梯度温度场下的工作热应力的大小和分布状况。结果表明:随着成分分布指数的增加,残余热应力与工作热应力的最大值先减小后增大,当成分分布指数(P)取1时,达到最小值;随着梯度层数的增加,热工作热应力的最大值逐渐减小,但当梯度层数达到6时,随着梯度层数的增加,缓和效果并不明显;当梯度层厚度增加到5 mm时,工作热应力的最大值约为非梯度材料工作热应力最大值的50%。     

GGLS法在选区激光烧结数值模拟中的应用

为准确模拟选区激光烧结过程中的温度场,有效预测零件的热应力和变形,在经典Galerkin有限元法推导选区激光烧结过程的三维温度场计算模型基础上,提出了Galerkin Gradient Least-Squares (GGLS)稳定有限元法的三维温度场计算模型,分别采用两种方法模拟了激光烧结过程中的温度场分布。模拟结果表明:由于聚合物材料的导热系数较小,材料传热困难,在Galerkin法求解温度场过程中出现了明显的温度忽高忽低的数值振荡现象,应用GGLS法可以有效改善数值振荡,获得较为准确的模拟结果。激光扫描结束的地方温度最高,随着距离的增加,温度迅速降低。在零件上表面很薄的一层区域温度最高,沿烧结深度方向向内,温度逐渐降低。