冷喷涂增材制造关键技术

近些年来,冷喷涂技术得到快速的发展,并逐渐形成了一门新的增材制造方法。 但由于目前存在的诸多技术壁垒以及居高不下的制造成本,使得冷喷涂增材制造技术尚未得到广泛的应用。 文中从技术与应用的角度出发,对冷喷涂增材制造目前存在的一些关键技术问题以及未来发展的方向进行梳理与讨论,同时也提出了一些适用的解决方案。 目的是为促进该技术实现更高价值的制造过程,从而推动冷喷涂增材制造技术的发展。     

冷喷涂技术在增材制造和修复再制造领域的应用研究现状

冷喷涂是一种新型固态涂层制备方法,在制备高性能金属或金属基复合材料涂层方面表现出突出的优势。因此,通过工艺与设备设计,冷喷涂有望用于金属构件的近净成形或增材制造(3D打印),同时也是一种新型的修复技术。综述了冷喷涂技术的特点,并对其在增材制造和快速修复领域的国内外研究现状进行了综述,最后对目前存在的问题和发展方向进行了展望。     

低压冷喷涂增材制造铜基块体性能研究

采用低压冷喷涂增材制造技术制备铜基块体材料,测试块体材料导热性能及力学性能,利用场发射扫描电镜对块体材料截面、拉伸断面进行观察与分析。结果表明,Al_2O_3体积比为10%的铜基粉末制备的铜基块体材料的导热性能较好,随着Al_2O_3含量的增加,铜基块体材料导热性能下降。冷喷涂铜基块体材料经退火处理后,导热性能及力学性能有所提升。随着退火温度的上升,热扩散率及抗拉强度呈现先上升后下降的趋势,在退火温度为500℃时,热处理态铜基块体材料热扩散率为加工态铜块体材料的80.43%,抗拉强度为125.3 MPa。     

冷喷涂制备金属涂层及其在增材制造应用中的研究进展

冷喷涂由于具有粉末加热温度低、涂层中氧含量及孔隙率较常规热喷涂涂层显著降低等特点,而广泛应用于制备各种类型的涂层或块体材料。近年来,冷喷涂设备及工艺的改善使其在增材制造和零件修复方面也具有极大的应用前景。综述了冷喷涂制备高性能软质相金属和硬质相金属/非金属涂层的研究进展,重点围绕原始颗粒结构、冷喷涂工艺参数、添加第二相和后处理手段对涂层制备及性能优化的效果进行总结,并对冷喷涂制备复合涂层的结合机理进行了阐述,包括软质相颗粒形成单一涂层和添加硬质相颗粒复合涂层的结合机理,且涂层中颗粒之间的结合主要为机械结合、物理结合、冶金结合和化学结合中的一种或多种结合形式。同时,介绍了冷喷涂技术在增材制造领域和零件修复方面的研究进展和存在的问题。最后,分析总结了冷喷涂的应用前景和存在的问题。     

增材制造(3D打印)技术发展

冷喷涂固态增材制造技术因其沉积效率高、喷涂速度快、热影响小等优点,逐渐成为各国研究热点. 但由于沉积原理与目前发展较为成熟的传统激光增材制造技术具有显著不同,沉积体的形貌控制成为了限制其应用的难点. 基于现有的冷喷涂条件对沉积体形貌影响的研究结果,结果表明,数值模拟成为了形貌预测与控制的主要方法. 因此,综述了冷喷涂沉积体形貌预测的不同数值模拟方法,总结了各个方法的特点,最后对冷喷涂沉积体形貌模拟的现存难题及未来发展方向进行了展望.     

丝材电弧增材制造技术研究现状及展望

丝材电弧增材制造技术因其成形速度快、成形件尺寸灵活等优点受到越来越多的关注,尤其是大尺寸、复杂形状构件的高效快速成形,丝材电弧增材制造有着其独特的优势。介绍了丝材电弧增材制造技术的工艺过程,从丝材电弧增材制造成形件的成形工艺及表面质量研究、成形件组织性能研究以及成形件残余应力研究三个方面综述国内外丝材电弧增材制造技术的研究现状,总结该技术现阶段在航空航天领域的应用情况,指出研究人员对丝材电弧增材制造技术的相关研究工作聚焦于工艺优化和过程控制两个方向,怎样才能通过熔滴的平稳过渡获得高质量的成形件,如何有效控制逐层堆积过程中晶粒及显微组织变化,以抑制零件内部不良组织的产生是需要继续研究的问题。     

冷喷涂技术及其在增材制造中的应用专题研讨会(襄阳)通知

冷喷涂技术是利用加热的高压气体通过拉瓦尔喷嘴产生超音速气流,将送入气流的粉末颗粒加速到300~1500m/s后使其碰撞基体产生剧烈的塑性变形并与基体形成固相连接、进而实现涂层沉积的方法。因其具有涂层厚度不受限制、加工效率高等特点,目前已逐渐发展成为一种快速增材制造技术,备受业界关注。与传统热喷涂方法不同,其加工温度低,金属材料在喷涂过程中氧化程度低,材料受到的热影响较小,通过工艺控制制备的沉积体孔隙率极低,部分材料沉积体性能可与相应块材媲美。随着冷喷涂技术的研究与发展,其实际应用范围正在不断扩大。冷喷涂技术作为材料加工技术的新生一员,已进入实际应用阶段,将成为具有潜力的现代涂层制造以及快速增材制造技术之一。     

增材制造技术在模具制造中的应用研究

介绍了增材制造技术的优点,阐述了增材制造技术在模具制造中的各种制造方法及特点,叙述了利用增材制造技术实现模具复合材料和梯度功能材料的应用,指出了增材制造技术的应用前景。     

电弧增材制造技术在材料制备中的研究现状及挑战

增材制造技术可直接低成本一体化制造复杂构件,成为最具潜力的材料加工技术。针对大尺寸复杂构件的低成本、高效快速近净成形,基于堆焊技术发展起来的电弧增材制造技术(WAAM)成为最合适的方法。综述了近年来国内外学者关于电弧增材制造技术在不同材料成形工艺参数及力学性能方面的成果,分析了工艺参数对不锈钢、铝合金和钛合金三种常见材料组织与性能影响规律,对未来电弧增材制造技术的发展方向进行了展望。     

冷喷涂技术及其系统的研究现状与展望

与传统的热喷涂相比,冷喷涂具有沉积温度低、沉积效率高、孔隙率低,以及粉末在沉积过程中不易发生氧化、分解、相变和纳米结构材料的晶粒长大等问题,这使得氧化敏感、温度敏感和相变敏感等材料的高质量涂层制备成为可能.更值得一提地是,近年来冷喷涂工艺与设备的大力发展使冷喷涂作为一种快速固态成形工艺,在金属增材制造和航空航天等关键零...     

Microstructure and Mechanical Properties of Ti-Ta Composites Prepared Through Cold Spray Additive Manufacturing

In this study, an innovative approach was used to fabricate Ti-Ta composite biomaterials through cold spray additive manufacturing followed by a diffusion treatment. The microstructure and mechanical properties of the composites were investigated in detail using field emission scanning electron microscopy, electron backscatter diffraction, 3D X-ray computed tomography, tensile test, nanohardness test and resonance vibration test. The obtained results indicated that the prepared composites have inhomogeneity in their microstructure and composition. A unique microstructure, composed of Ti-rich, Ta-rich and diffusion regions, was evolved in the composites due to incomplete diffusion between Ti and Ta splats. Further, Kirkendall pores were formed in the composites due to uneven diffusion of the two phases (of Ti and Ta) during high-temperature heat treatment. The prepared composites simultaneously showed low elastic modulus and high tensile strength which is required for a good biomaterial. Low elastic modulus was associated with the residual pores and the alloying effect of Ta in Ti, while high tensile strength was related to the solid solution strengthening effects. The obtained results indicated that the prepared Ti-Ta composites have a great potential to become a new candidate for biomedical applications.     

铝合金电弧增材制造研究现状

电弧增材制造技术（Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM）具有沉积速率高,成形速度快以及适合各种成形环境的优点,吸引了越来越多的高校及科研机构投入其中,如何进一步发挥电弧增材制造的优势是当下的研究热点。阐述了铝合金电弧增材过程中热输入、电流方式和外加能场对成形件表面形貌、微观组织以及力学性能的影响。当焊接电流较小或焊接速度较快时,热输入较低,熔融金属冷却速度快,形核率高,成形件为晶粒细小的等轴晶粒,提供给气孔的形成、聚集和长大的时间短,即热输入越低,成形件等轴晶区越宽,晶粒越细小,气孔缺陷越少,成形件机械性能越优异。对比分析了不同电流方式的电弧增材制造成形件性能差异,发现脉冲和变极性电流方式的热输入比无脉冲电流方式低,成形件晶粒更精细、缺陷更少、机械性能更优异;脉冲和变极性电流方式都可以清理成形件表面氧化膜,获得平整的表面。分析了电弧增材制造系统的优化方案,发现施加磁场、激光可以使得电弧更加集中,调控熔池流动,避免熔敷金属铺展不均匀;施加原位轧制、层间锤击以及超声喷丸可使得沉积层发生变形,在晶粒内产生大量位错;利用水箱或者添加保护气喷嘴可以降低电弧增材...     

增材制造技术的发展

增材制造技术是近30年快速发展的特种加工技术,其优势在于三维结构的快速和自由制造,被广泛应用于新产品开发、单件小批量制造。通过对增材制造技术设备和应用情况的介绍,阐述了我国增材制造技术的发展趋势和关键技术。未来增材制造技术将向着三个方向发展:一是日常消费品制造方向;二是功能零件制造方向;三是组织与结构一体化制造方向。     

增材制造技术在铸造中的应用

增材制造技术在铸造中的应用是增材制造技术应用的主要领域之一.它可在无模具条件下直接制备铸造型(芯)、快速浇注复杂铸件.将增材制造与传统铸造技术相结合,打破了传统铸造工艺束缚,提高了铸造柔性,改善了铸造环境;可实现零件"自由铸造",极大减少加工工序,缩短制造周期.本文概述了增材制造技术的基本原理及其国内外发展概况,重点介...     

激光增材制造H13钢及回火处理的组织和性能

利用激光增材制造技术成功制备了H13钢,并研究了回火处理对其显微组织和性能的影响。通过光学显微镜、SEM以及XRD衍射仪对各试样进行分析。结果表明,激光增材制造H13钢显微组织主要为马氏体、残余奥氏体以及细小碳化物,回火处理使得马氏体向回火马氏体转变,同时有细小合金碳化物析出。当回火温度超过550℃时,碳化物开始粗化。随回火温度升高,显微硬度呈先升后降的趋势。550℃回火后,试样硬度达到峰值600 HV_(0.3)。摩擦磨损测试结果表明,不同处理状态下各试样主要以粘着磨损为主,同时包含轻微氧化磨损。与沉积态试样相比,550℃回火后,试样耐磨性提高了2倍;650℃回火2 h后,由于基体软化,试样的耐磨性能最差。拉伸测试表明,当回火温度低于550℃时,断口主要以解理断裂为主,550℃回火时抗拉强度最大,为1 928.2 MPa,延伸率为6.4%;当回火温度升高到600~650℃时,断口呈现出韧性断裂,抗拉强度降低,延伸率增大。     

基于电弧的多能场复合增材制造技术研究现状

增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式,电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高,以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势,被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向,可以满足不同标准零部件的加工制造,已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术,包括磁场–电弧、激光–电弧和电场–电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发,分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响,讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能,同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题,并给出了建议。     

基于弧焊机器人结合增材制造技术修复超大型模具的可行性分析

提出了采用弧焊机器人结合增材制造技术修复超大型模具的方法,通过有限元对模具受力状态分析,设计了具有梯度结构的焊接修复层。通过实验和试制,证明该方法可有效解决超大型模具的缺陷修复问题。