激光选区熔化自由制造异质材料零件

为解决当前激光选区熔化成型过程难以按需在零件上自由布置不同材料的难题,基于多漏斗供粉+柔性清扫回收粉末原理,对异质材料零件激光选区熔化增材制造技术展开了研究,详细探讨了成型机理、粉尘污染防范机制及异质材料数据处理方法。采用CuSn10,4340两种不同的合金材料进行了工艺实验验证。实验表明,该方法能自由地在不同层间或同层内不同区域按需布置不同的材料;所得块状异质材料零件的铜合金材料区域Fe元素的平均质量百分含量可控制在2%以下,钢材料区域Cu元素的平均质量百分含量可控制在1%以下;成功成型了一个具有复杂外形及微细材料区域特征的异质材料齿轮零件,零件异质材料区域不受零件复杂外形限制,可自由按需布置材料,0.5mm宽的层内异质材料区域也能被较好地表达出来,尺寸误差不超过±0.1mm。该方法可以有效解决激光选区熔化成型过程中异质材料布置的难题,实现异质材料零件成型。     

激光选区熔化成型可控超轻结构化零件的孔隙生成效果

本文主要研究了孔隙率等参数可控的自动超轻结构化金属零件的增材制造。以方块零件及一个具有复杂外形的零件为研究对象,分析了面向激光选区熔化工艺的可控超轻结构化零件的孔隙生成效果,重点探讨了成型工艺对超轻结构化零件孔隙率的影响。结果显示:通过计算机数值计算,可将方块CAD模型快速自动转化为可控超轻结构化模型,计算孔隙率误差可控制在±2%以内;激光深穿透现象会导致带悬垂面内壁的壁厚增加,所引起的孔隙率误差值为负值,且计算孔隙率越大,负值倾向越严重;而成型工艺性不致密导致的孔隙率误差为正值,且在相同工艺条件下,计算孔隙率越大,该误差值越小。故为使总孔隙率误差能较好地反映超轻结构网格孔隙的控制精度,应提高成型时实体部分的致密性。按45%设定孔隙率成功地将具有复杂结构的零件转化为计算孔隙率为44.62%的超轻结构化模型,采用高致密性激光选区熔化工艺成型后,实测孔隙率为42.94%,无悬垂面的内壁壁厚误差≤0.06mm,达到了较好的超轻结构控制效果。     

激光选区熔化增材制造技术的发展

当前,激光选区熔化增材制造技术在航空航天、军工、医疗、汽车、模具、文创等领域已有较多应用.从结构创新、专用材料、设备升级、数字化、智能化、跨学科与跨领域等方面介绍了激光选区熔化增材制造技术的发展.     

基于数字化3D技术的股骨假体再设计与激光选区熔化制造

研究了基于数字化3D技术的全膝置换股骨假体再设计并通过激光选区熔化(SLM)技术直接制造了股骨假体,以满足医学上对全膝置换股骨假体的高适配性要求。对一名患者的全膝关节CT连续断层图像提取股骨3D模型,根据骨科医生手术规划进行了数字化3D解剖与测量,并据此对目前商业化的假体进行了重新设计。然后,利用SLM技术直接制造了再设计完成的3D股骨假体模型,并讨论了制造工艺参数、机械性能、空间优化摆放位置以及成型精度等关键技术。实验结果显示:依据患者股骨远端解剖参数可完成股骨假体的3D模型再设计并可利用SLM技术直接制造出股骨假体,单个股骨假体成型时间为5.2h,成型精度标准偏差为0.030mm,成型致密度达到99.02%;热处理后成型性能优于美国实验材料学会(ASTM)F75的铸造标准。得到的结果表明该项技术可以快速制造完成患者所需要的股骨假体,且成型性能优良。     

激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用

激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术,可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能,为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用,采用DiMetal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V,并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和DiMetal系列激光选区熔化设备,设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明DiMetal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造,这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。     

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。     

激光选区熔化增材制造激光束光路系统优化研究

介绍了金属选区激光熔化成型技术的原理及研究现状,并提出了激光光路系统的优化设计方案,重点对激光器、扩束镜、扫描振镜、调焦装置和聚焦透镜等设备器件进行了原理分析和优化选型,并进行了相应光路系统的研制。对选区激光熔化成型设备的优化设计具有一定的指导意义。     

多零件选区激光熔化成型效率的优化

对多零件选区激光熔化的成型效率进行了优化.首先,分析了多零件选区激光熔化成型过程的时间消耗,并以减少时间消耗为目标建立了3维零件在3维成型空间中的2.5维排料优化规则.然后,研究了2.5维自动排料,提出利用3维零件模型在2维平面区域的投影将2.5维排料转化为2维排料的简化方法和一种利用切片数据进行投影生成的算法.最后,为验证所述方法的有效性,以手术模板模型为例,在虚拟选区激光熔化系统VDemetal280上进行了优化实验.与优化前相比,优化后的成型次数从4次降为3次,在扫描速度为600 mm/s、切片层厚为0.035 mm、扫描间距为0.08mm的工艺参数下,总铺粉次数从3 892次降为2 231次,预计加工时间从约91 276 s降为69 918 s,时间消耗有明显减少.     

激光选区熔化成形TC4钛合金显微组织与性能的研究进展

激光选区熔化技术是在精密复杂零部件制备方面应用较广的激光增材制造技术之一,可实现复杂零件的近净成形。从成形工艺参数和固溶时效处理两方面,对现阶段激光选区熔化成形TC4合金显微组织及力学性能控制的研究进展进行了综述,并对其后续发展方向进行了展望。     

选区激光熔化制备金刚石/TC4复合材料的成型工艺及性能分析

针对金刚石/金属基复合材料在金属3D打印过程中致密化程度低的问题,采用了选区激光熔化技术成功制备金刚石/TC4复合材料,重点研究了金刚石/TC4复合材料的SLM打印工艺和性能。以提升金刚石/TC4复合材料致密度为目标,通过响应曲面分析法对SLM工艺参数进行优化和分析,初步建立了致密度数学模型,并通过模型预测参数组合优选值及最优致密度,对最优致密度成型件进行了抗弯强度测试,这对后续采用金属3D打印技术制备金刚石工具的有关研究具有重要的参考价值。     

基于选区激光融化成型的空间曲线啮合轮后处理工艺及传动性能研究

采用选区激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)快速成型设备与316L不锈钢粉末,得到的空间曲线啮合轮样品表面粗糙度值较大,主动轮与从动轮不能实现连续稳定的啮合传动。为了研究选区激光熔化成型的空间曲线啮合轮的表面后处理工艺,采用机械喷砂与电解抛光相结合的加工方法得到的主动轮与从动轮样品,表面粗糙度值达到Ra 1.0μm。实验结果表明,采用的后处理工艺和参数获得的主动轮与从动轮样品具有较高的形状精度与尺寸精度,能够实现连续稳定的啮合传动。此方法为空间曲线啮合轮提供了较好的制造思路。     

金属粉末选择性激光烧结技术研究进展

选择性激光烧结技术是一种新型的制造技术,是对传统制造技术的重要补充。系统论述金属粉末激光烧结技术的国内外发展现状进行,介绍了间接法和直接法两种典型的金属粉末激光烧结技术,总结了目前该领域中所取得的成果及存在问题,并对金属粉末激光烧结技术的发展进行了展望。     

固体自润滑复合材料研究进展及其制备技术发展趋势

综述了固体自润滑复合材料的制备技术、发展现状与应用,比较分析了自润滑复合涂层制备方法的优点和不足,提出了激光熔覆技术在制备自润滑复合涂层方面的优势及应用前景。     

In situ monitoring of selective laser melting using plume and spatter signatures by deep belief networks

Critical quality issues such as high porosity, cracks, and delamination are common in current selective laser melting (SLM) manufactured components. This study provides a flexible and integrated method for in situ process monitoring and melted state recognition during the SLM process, and it is useful for process optimization to decrease part quality issues. The part qualities are captured by images obtained from an off-axis setup with a near-infrared (NIR) camera. Plume and spatter signatures are closely related to the melted states and laser energy density, and they are employed for the SLM process monitoring in an adapted deep belief network (DBN) framework. The melted state recognition with the improved DBN and original NIR images requires little signal preprocessing, less parameter selection and feature extraction, obtaining the classification rate 83.40% for five melted states. Compared to the other methods of neural network (NN) and convolutional neural networks (CNN), the proposed DBN approach is identified to be accurate, convenient, and suitable for the SLM process monitoring and part quality recognition.     

Experimental study on the high-damping properties of metallic lattice structures obtained from SLM

Modern additive manufacturing technologies allow the creation of parts characterized by complex geometries that cannot be created using conventional production techniques. Among them the Selective Laser Melting (SLM) technique is very promising. By using SLM it is possible to create lightweight lattice structures that may fill void regions or partially replace bulk regions of a given mechanical component. As a consequence, the overall mechanical properties of the final component can be greatly enhanced, such as the resistance to weight ratio and its damping capacity against undesired vibrations and acoustic noise. Nevertheless, only a few research works focused on the characterization of the dynamic behavior of lattice structures, that were mainly investigated in the low frequency range or directly tested on some specific applications. In this work the dynamic behavior of lattice structures in the medium-high frequency range was experimentally investigated and then modelled. For this purpose, different types of lattice structures made of AlSi10Mg and AISI 316L were measured. Experimental modal analysis was performed on the obtained specimens in order to assess the influence of lattice material and unit cell geometry on their global dynamic behavior. Experimental results revealed that lattice structures have superior damping characteristics compared to solid materials having an equivalent static stiffness. Eventually, the classic Rayleigh model was found to be adequate - with some approximation - to explain the damping behavior of a generic lattice structure.     

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。     

激光钕玻璃连续熔炼技术

介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所开展的激光钕玻璃连续熔炼技术,描述了该项技术近年来的研究进展和研究成果。给出了N31激光钕玻璃的连续熔炼流程,介绍了开展的磷酸盐钕玻璃连续熔炼单元技术的模拟,连续熔炼实验线的设计、建设、改造和验证等大量工作。成功完成了除羟基、除铂颗粒、过渡金属杂质离子控制、大尺寸成型和低应力隧道窑退火等一系列关键单元技术,实现了N31钕玻璃的连续熔炼批量制造。实验显示:连续熔炼N31激光钕玻璃的荧光寿命、激光波长吸收损耗、光学均匀性等指标达到了神光装置的使用要求。比较结果显示:连续熔炼钕玻璃的参数一致性和400nm吸收系数指标均优于坩埚熔炼的激光玻璃;而它的3 333nm吸收系数和铂颗粒破坏阈值优于美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室报道的连续熔炼LHG-8钕玻璃。     

Differences in microstructure and properties between selective laser melting and traditional manufacturing for fabrication of metal parts: A review

Selective laser melting (SLM), as one of the additive manufacturing technologies, is widely investigated to fabricate metal parts. In SLM, parts are manufactured directly from powders in a layer-by-layer fashion; SLM also provides several advantages, such as production of complex parts with high three-dimensional accuracy, compared with other additive manufacturing technologies. Therefore, SLM can be applied in aeronautics, astronautics, medicine, and die and mould industry. However, this technique differs from traditional methods, such as casting and forging; for instance, the former greatly differs in terms of microstructure and properties of products. This paper summarizes relevant studies on metal material fabrication through SLM. Based on a work completed in Huazhong Univ. Sci Tech., Rapid Manuf. Center (HUST-RMC) and compared with characteristics described in other reported studies, microstructure, properties, dimensional accuracy, and application of SLM are presented.