基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术研究进展

陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展, 其核心零件部件外形结构设计日益复杂、内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点, 较难通过传统的加工成形方法实现异形结构零件的制造, 最终限制了陶瓷材料的工程应用范围。激光增材制造技术作为一种快速发展的增材制造技术, 在复杂精密陶瓷零部件的制造中具有显著优势: 无模、精度高、响应快以及周期短, 同时能够实现陶瓷零件组织结构灵活调配, 有望解决上述异形结构陶瓷零件成形问题。本文综述了多种基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术: 基于粉末床熔融的激光选区烧结和激光选区熔化; 基于定向能量沉积的激光近净成形技术。主要讨论了各类激光增材陶瓷技术的成形原理与特点, 综述了激光选区烧结技术中陶瓷坯体后处理致密化工艺以及激光选区熔化和激光近净成形技术这两种技术中所打印陶瓷坯体基体裂纹开裂行为分析及其控制方法的研究进展, 对比分析了激光选区烧结、激光选区熔化以及激光近净成形技术在成形陶瓷零件的技术特征, 最后展望了激光增材制造陶瓷技术的未来发展趋势。     

激光增材制造超高温氧化物共晶陶瓷研究进展

超高温氧化物共晶陶瓷具有优异的高温强度、高温蠕变性能、高温结构稳定性以及良好的高温抗氧化和抗腐蚀性能, 成为1400 ℃以上高温氧化环境下长期服役的新型候选超高温结构材料之一, 在新一代航空航天高端装备热结构部件中具有重要的应用前景。基于熔体生长技术, 以选择性激光熔化和激光定性能量沉积为代表的激光增材制造技术具有一步快速近净成形大尺寸、复杂形状构件的独特优势, 近年来已发展成为制备高性能氧化物共晶陶瓷最具潜力的前沿技术。本文从工作原理、成形特点、技术分类等方面概述了基于熔体生长的两种典型激光增材制造技术, 综述了激光增材制造技术在超高温氧化物共晶陶瓷制备领域的研究现状和特点优势, 重点介绍了选择性激光熔化和激光定向能量沉积超高温氧化物共晶陶瓷在激光成形工艺、凝固缺陷控制、凝固组织演化、力学性能等方面的研究进展。最后, 指出了实现氧化物共晶陶瓷激光增材制造工程化应用亟需突破的关键瓶颈, 并对该领域未来的重点发展方向进行了展望。     

激光增材制造钢的后热处理研究现状

激光增材制造为非平衡凝固过程,容易产生组织应力及热应力,出现变形和开裂等现象。通过后热处理,能够达到改善激光增材制造金属构件组织、消除缺陷、优化性能的目的,因此,后热处理制度的优化成为合金钢件增材制造亟待解决的关键技术。针对合金钢的激光增材制造,综述了近年来激光增材制造钢的后热处理工艺的研究现状。选择典型的17-4PH不锈钢及316L不锈钢等增材制造钢,研究不同后热处理规范对组织形态、第二相质点分布的影响;及其相应的热处理前后的拉伸强度及伸长率等力学性能的变化情况。通过热处理规范的合理选择,能够显著改善增材制造钢的组织及机械性能。     

镁合金电弧增材制造研究现状及展望

电弧增材制造由于其高沉积速率、高材料利用率、低成本以及具有制造大尺寸构件的能力而得到研究人员的广泛关注,有望广泛应用于镁合金的快速成形。本文概述了电弧增材制造用镁合金丝材的种类及其对丝材的要求,总结了现今适合于镁合金电弧增材制造用丝材的制备方法,重点论述了镁合金电弧增材制造工艺的制备技术、基本原理、微观组织及力学性能,讨论了不同电弧增材制造工艺制备不同镁合金的影响因素,分析了镁合金电弧增材制造目前可用丝材种类少以及增材制造构件形性尚不可控等问题,并且在优化电弧增材制造镁合金构件性能和推进应用方面进行了展望。     

激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控方法研究进展

激光增材制造技术成形的制件具有自由度大、精度高、质量和性能好等优势,随着该技术的日益发展,其在不锈钢材料领域取得了显著的进展。激光增材制造技术成形不锈钢通常呈现出与传统制备工艺显著不同的非平衡凝固组织,表现出复杂的结构特征,而这些特征决定了合金的性能和应用。介绍了激光熔化沉积和选区激光熔化两种激光增材制造技术,选择典型的316L不锈钢及17-4PH不锈钢,综述了激光增材制造不锈钢凝固组织特征的研究现状,重点关注典型多尺度、层次性的组织结构（包括晶粒、宏观缺陷、熔池组织、胞状亚结构、氧化物夹杂等）。系统分析了激光增材制造不锈钢的组织调控方法,包括调整工艺参数、改变工艺环境及热处理等方式,通过组织调控能够影响晶粒的生长及熔池反应,进一步改善其内部微观组织,如形成间隙固溶体或颗粒夹杂物、细化晶粒及消除孔隙等,同时能促进不同相的析出和转变。通过合理地调控凝固组织,能够显著改善不锈钢的组织及机械性能。最后,对激光增材制造不锈钢的未来发展进行了展望。     

大面积薄壁结构激光选区熔化成形工艺研究

激光选区熔化成形技术是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术。该文以大面积薄壁结构特点构件增材制造为例,对相同参数下不同厚度基板成形工艺进行差异性研究,分析影响成形质量的相关因素,为提高SLM增材制造高温合金金属零件成形精度提供依据。     

光丝同轴激光增材制造研究进展

增材制造作为实现三维结构快速成形的技术,广泛用于航空航天、汽车交通等领域.当前,激光熔丝增材制造多依托于传统的激光焊接设备,采用旁轴送丝方式,在增材过程中,需调整激光头方向保证送丝和焊接头行进的相对方位,增大了复杂构件增材制造系统控制难度,损失了加工自由度.随着激光加工设备和技术的发展,近年来出现了一种可以解决上述问题...     

激光增材制造高性能钛合金的组织调控与各向异性研究进展

激光增材制造技术(Laser Additive Manufacturing, LAM)是一种实现零件精确成形和高性能成性一体化制造的先进技术。首先介绍了两种典型激光增材制造技术的成形原理及其特点;然后重点介绍了西安交通大学在高性能钛合金激光增材制造组织调控和各向异性方面的研究进展:①硼变质对激光增材制造TC4零件的组织调控和各向异性的影响;②硅变质对感应加热辅助激光增材制造TC4微观组织的影响;③超声冲锻对激光增材制造TC4零件的组织调控和各向异性的影响。最后阐述了激光增材制造技术所面临的挑战与任务。     

增材制造铜/钢双金属材料研究进展

铜/钢双金属材料具有力学强度高、物理化学性能优良等优势,在交通运输、电力能源和建筑工业等领域应用前景广阔。然而,传统熔铸工艺在制造铜/钢双金属材料时,容易在铜/钢界面处产生偏析现象,在一定程度上限制了铜/钢双金属材料的发展。与传统工艺相比,增材制造技术不仅能实现复杂加工零件的快速制造,而且在成形过程中较短的保温时间能缓和或消除异种金属材料界面产生的冶金缺陷,进而增强铜/钢双金属材料的力学性能。由于双金属材料是近年来的研究热点,有关增材制造铜/钢双金属材料的综述性文章较少,故综述了近年来激光、电子束及电弧增材制造技术制造铜/钢双金属材料的研究发展现状,分析了各技术的优缺点,并从制备方法、工艺参数及界面合金元素等角度,分析了影响材料界面组织性能变化的关键因素。发现在增材制造铜/钢双金属材料方面,目前激光增材制造技术主要应用于精度要求较高的小尺寸零部件,电子束增材制造技术适用于某些具有特殊性能的合金,如钛合金,而电弧增材制造技术适用于精度要求较低的大型复杂零部件。在铜/钢双金属材料增材制造过程中,界面处易形成显微组织分布不均匀、界面晶粒尺寸差异较大等现象,导致界面处产生应力集中,从而造成材料...     

核电用316L不锈钢粉末增材制造研究现状

增材制造技术是一种无须模具、近净成形的先进制造工艺。不锈钢是一种在核电行业广泛应用的结构材料。实现不锈钢结构件的增材制造将进一步推动增材制造技术的发展,也可为核行业带来革命性改变。以核电用316L不锈钢为例,系统阐述了不锈钢粉末增材制造研究现状,包括粉末制备工艺现状、增材制造成形工艺现状以及成形件的组织性能研究现状。目前,增材制造用316L不锈钢粉末的制备工艺主要为雾化法,粉末的物化性能受制粉工艺参数的影响。在激光粉末床熔融增材制造技术、电子束选区熔化技术和等离子增材制造技术中,尤以激光粉末床熔融增材制造不锈钢的应用最为广泛。增材制造316L不锈钢的组织与性能存在各向异性,但各向异性可通过增材制造的后处理技术消除。目前增材制造最为常用的后处理技术为热处理。与锻造316L不锈钢相比,经热等静压处理的增材制造316L不锈钢的力学性能与辐照性能更优。目前,核用不锈钢的增材制造技术还处于起始阶段,后续应重点关注增材制造的成形机理及成形材料中子辐照性能等内容。     

选区激光熔化不锈钢全流程关键问题研究现状与进展

选区激光熔化(SLM)是制造精度最高的金属增材制造工艺,用于制造复杂几何形状的金属零件。316L不锈钢具有面心立方结构,在从熔融态冷却至室温的过程中通常不发生固态相变,基于这种特性,316L不锈钢成为SLM中应用最广泛的金属材料。与传统工艺相比,SLM工艺虽然能够生产高致密、高性能的零件,但是它无法避免孔洞、空隙等缺陷的出现,且存在力学性能差异和需要后处理加工等问题。为了解决这些问题,需揭示SLM制造工艺参数对性能的影响规律。综述了SLM-316L制备全流程前、中和后期在原始粉末、工艺参数及后处理方面的研究现状,首先讨论了粉末质量指标及制粉工艺对不锈钢制件的影响机理;其次总结了激光输入功率、扫描速度等工艺参数对制件性能影响的研究现状;最后对表面机械磨损处理、电解抛光等后处理方式及制件性能影响规律做了简要总结。阐明了通过SLM影响因素预测不锈钢成形零件力学性能的学术观点,以期为获取高质量零件、促进不锈钢材料的实际应用提供一些参考。     

钢铁材料及有色合金构件的多段半固态成形工艺研究

目的为了有效抑制半固态成形过程中的液相偏析,改善半固态成形构件微观组织和力学性能的均匀性。方法提出了包括多段流变成形和多段触变成形在内的多段半固态成形工艺。多段半固态成形工艺均由半固态坯/浆料制备、预成形、控温冷却和终成形4个阶段组成,分别在热模拟试验机和机械伺服压机上开展了SKD11工具钢和6061铝合金的半固态触变成形和半固态流变成形试验。结果在初成形阶段,具有较高液相分数的半固态坯/浆料以较高的应变速率初步充填型腔,限制了液相外流的时间和空间;在控温冷却阶段,半固态坯/浆料的液相分数因部分凝固而降低;在终成形阶段,具有较低液相分数的半固态坯/浆料以较低的应变速率完成型腔的充填,由于固相晶粒在此阶段发生塑性变形而提高了成形构件的力学性能。结论获得了组织均匀性较好的钢铁材料和有色合金构件,验证了多段半固态成形工艺的可行性。     

Innovative manufacturing technology enabling light weighting with steel in commercial vehicles

Improved manufacturing technology is often needed when working with high strength steel.In this respect manufacturing technology has to adapt to the altered(and typically reduced) formability and weldability of modern high strength steel.However,this is a rather passive approach from a manufacturing point of view.An indeed much more powerful approach is to generate synergies between innovative manufacturing technology,design and material enabling additional weight savings and efficiency gains.Laser-based material processing,in particular laser welding,offers a wide range of opportunities in this sense.Furthermore,hot stamping and roll forming open up new possibilities for advanced manufacturing of commercial vehicle components.Applications and examples of these technologies will be given in terms of producing innovative semi-products as well as final components.     

金属多材料增材制造研究现状与展望

当代社会对产品的功能及性能的要求越来越高,苛刻的使役条件要求零件具有功能耦合、多环境适应的能力。金属多材料增材制造技术相比传统制造技术具备更大的优势,在航空航天、汽车工业、电力行业、生物医学等领域中均具有广阔的应用前景。研究了电子束增材制造、电弧增材制造和冷喷涂增材制造在金属多材料增材制造中的应用现状以及最新发展。重点研究了金属多材料增材制造技术在宏观成形精度、微观组织缺陷和粒子界面结合中存在的关键问题。最后,指出了金属多材料增材制造技术在材料种类、基础理论、零件复杂度、质量控制等方面的发展趋势。将为金属多材料应用于增材制造技术提供新的思路和借鉴价值。