大型送粉式激光增材制造成套设备设计与研究

摘要：针对兵器设备的大型复杂金属构件,研发一种同轴送粉式激光增材制造成套设备。主要从送粉式激光增 材制造设备技术基础上详细阐述系统组成与成形工艺流程,对成套设备的结构方案和控制方案进行详细设计和研究, 使用ANSYS 对成套设备关键部件进行仿真分析与优化设计,以西门子840D sl 系统为控制核心实现成套设备的集成 与控制。结果表明：该设备能提升自动化程度,达到预定设计目的,为后续的大型复杂构件的激光增材制造成形工 艺研究提供设备支撑。     

金属结构增材制造技术发展及其在高超声速飞行器上的应用分析

介绍了金属结构增材制造技术的种类及所用的材料,总结了金属结构所涉及的5个环节。分别从增材制造整体发展布局、检测技术与标准化、高性能金属结构件制备等方面对自2013年以来的金属结构增材制造技术发展进行了梳理,从检测技术与标准化、大尺寸结构件、复杂高性能结构件和特种金属粉体等方面对增材制造技术在高超声速飞行器上的应用进行了分析。     

发动机制造者重新设计优化3D金属打印汽缸

正据2020年Reinshaw.com网页报道:Reinshaw的增材制造系统在激光基础上用AM400粉末床熔融打印机从数字CAD文件制备复杂部件。对美国Michigan州的发动机开发者来说,优化无人机性能的Reinshaw AM400激光粉末熔合技术可快速方便地制造具有复杂晶格结构的单个部件,比传统制造有优势。与Reinshaw的工程师重新设计发动机汽缸(用增材制造)后,Cobra Aero购买AM400机器以扩展室内增材制造能力。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

TiAl基合金成形技术的研究现状

TiAl基合金密度低且具有优异的高温性能,是未来航空航天领域重要的高温结构材料之一。但TiAl基合金塑性差,采用传统方法加工成形困难,且成本高、耗时长。论述铸锭冶金、精密铸造、粉末冶金几种TiAl基合金的传统成形工艺,介绍激光增材制造这一先进成形方法,总结激光增材制造TiAl基合金的研究现状以及存在的问题。目前,利用激光增材制造技术制备TiAl基合金挑战性较大,高品质、低成本合金粉末的制备、开裂现象的预防以及组织的调控等问题都需要进一步研究。     

增材制造技术在国外航天领域的研究应用现状

增材制造是一种新型的数字化制造技术,在航天领域得到了越来越广泛的应用。针对近几年国外在航天领域开展的增材制造技术研究与应用进行了调研分析,重点阐述了增材制造技术在国外航天运输系统、导弹武器系统、卫星系统以及太空制造中的研究应用情况。综合来看,国外航天领域增材制造技术正逐渐进入主流制造技术的行列。     

惰性弹装填工艺设计控制

针对传统惰性弹的装填物不能满足外弹道做地面精度试验的问题,设计一种以水泥为主要原材料的新型 惰性物质装填物。对装填物进行配方分析、工艺设计、工艺试验。试验结果表明：新型惰性物的强度和密度均达到 与炸药相当的效果,其装填质量稳定、安全性高、无污染,能够满足弹药鉴定和质量一致性相关试验需求。     

催泪药剂自动称量技术及装置

为实现催泪药剂生产与制造过程的自动化、无人化和安全化,在考虑催泪药剂本身物料特性的基础上,设计一种催泪药剂自动称量装置和控制系统.介绍自动称量装置结构设计及称量装置工作原理,研究控制系统的设计及控制算法,并进行称量试验.试验结果表明:该系统满足催泪药剂称量的精度要求,能实现快速、自动化称量.     

侵彻战斗部头部惰性体结构设计研究

为了研究侵彻战斗部头部惰性体结构设计原则,应用应力波理论,分析了侵彻战斗部撞击靶标过程中应力波从壳体到头部惰性体再到主装药的传播过程,建立了应力波传播的数学计算模型;应用大落锤试验平台,针对不同厚度、不同结构的惰性体开展了应力波传播试验研究,对比分析了试验结果和计算结果,验证了模型的合理性。依据数学计算模型,总结得出惰性体两端面的结构尺寸对应力波强度的变化影响较大,且按照e-2(D-d)/D的规律进行变化,而惰性体的厚度在10~50mm范围内变化时对应力波强度没有直接影响。     

激光多点点火技术试验研究

介绍了在激光多点点火技术领域所开展的研究工作 .这些工作包括 :激光多点点火系统光纤网络设计、激光感光点火点材料选择和设计、光纤 -金属密封封接技术研究 ;以及在透明点传火试验装置上进行的激光多点点火试验研究 .研究结果充分地说明了激光多点点火技术的可行性和可靠性以及良好的弹道性能 ,可见 ,激光多点点火技术是具有广泛应用前景的高新技术     

敞口式舱内设备热防护分析设计与研究

针对飞行器在热分离过程中及分离后飞行的恶劣热环境条件下,提出了敞口式舱内设备热防护设计方法。通过对设备进行穿戴式结构设计获取各种异型设备的通用化设计方法,针对接触面的热量转移问题提出面积热阻计算公式,有效解决了非金属材料的热环境适应性问题,根据地面石英灯考核试验获得了设备的热防护效果,并基于此开展了与传统热防护材料的性能比对分析工作。分析计算结果表明：敞口式舱内设备热防护设计合理可行,满足分离过程及分离后飞行试验热环境要求,有效保护了设备,为飞行器的可靠工作奠定了坚实基础。     

枪弹包装中弹药抓取的气伺服技术

为满足主流口径枪弹生产工艺要求,在民用包装产品技术的基础上研发一套能满足主流口径枪弹生产工艺要求的枪弹包装自动化设备.对枪弹包装抓取设备的垂直气伺服进行建模、控制、系统辨识等理论研究,通过气路设计和高速电磁阀对气缸的控制,构建电-气开关伺服系统,配合摸索的控制曲线进行实际应用,并通过试验验证和一系列的试验数据进行分析优化.结果表明,该设备能实现气伺服在气动位置自调整抓取和抓取装置的垂直定位,更好地完善气动伺服技术、实现气动伺服代替电伺服,并应用于更广泛的领域.     

高过载高可靠永磁同步伺服电机关键技术研究

为了进一步提高伺服电机的短时过载能力及可靠性,在永磁同步伺服电机设计过程中,重点研究了电机高过载设计、定子的绝缘设计、耐热设计等关键技术方面。试验结果表明通过对电机关键技术的研究,解决电机极小空间限制下高过载及有效散热需求,保证电机可靠稳定运行,提高电机的高可靠绝缘性及适应性,增长电机的工作寿命,完全满足设计和使用要求。     

基于LabVIEW的数字舵机电路性能测试系统

为了满足数字舵机电路性能测试中的快速采集、实时显示、自动测试和便于用户修改等要求,搭建了基于虚拟仪器开发平台LabVIEW和PXI总线技术的数字舵机电路性能测试系统。系统软件采用模块化设计方法,减少了系统开发时间,提高了编程效率。某型舵机电路的性能测试结果表明,该系统方便实用、可靠性高、适应性强。     

用于智能激光防护武器的二氧化钒薄膜研究进展

随着激光武器的迅猛发展,寻找一种适用于激光防护领域的新型材料,有效对抗激光致盲,已成为摆在各国面前非常现实的问题。二氧化钒(VO2)作为一种性能优异的功能材料,在68℃附近发生从低温半导体相到高温金属相的可逆突变。但由于钒氧体系的复杂性和纯VO2薄膜相变温度较高等关键问题尚没有完全解决,严重阻碍了其在热电开关、激光防护和温控装置等方面的实际应用。综述了VO2薄膜多种制备方法的原理和优缺点,并重点介绍了VO2薄膜在智能激光防护武器上的应用。     

场致绝缘-金属相变材料的脉冲响应测试方法

场致绝缘-金属相变材料可以满足强电磁脉冲攻击下电子信息装备自适应高效防护的迫切需求,然而其脉冲响应测试方法还不明确,是亟待解决的关键问题.基于微带线原理,提出一种测试范围宽、响应时间快的材料脉冲响应测试方法,并构建了相应的测试系统.建立水平极化下测试系统的等效电路模型,推导出电磁脉冲作用下材料相变后电阻的计算公式,进一...