选区激光熔化成形过程监测技术研究进展EI北大核心CSCD

选区激光熔化(SLM)作为现代工业构件制造的一种主流技术,广泛应用于汽车、航空航天及医学等领域,对SLM工艺的监测及闭环控制方式进行系统梳理变得极为重要。针对SLM技术原理及熔池变化,从SLM成形过程中的熔池温度和形貌特征综述选区激光熔化监测技术发展进程及不足,分析闭环反馈技术的研究现状。研究表明:SLM加工过程中熔池的变化状态是影响成形件质量的重要因素,通过光信号、声信号或多信号传感器可对熔池状态进行有效监测,而闭环控制需要算法分析、机器学习及传感器的协同配合才能实现实时反馈及控制。根据当前监测技术的实时性较差及系统反馈控制不够完善等问题,提出未来智能监测技术与实时闭环控制等发展方向,可为未来SLM成形高质量零件提供参考借鉴。     

选区激光熔化过程金属微熔池传热研究

采用数值模拟方法,针对选区激光熔化过程中激光熔化不锈钢粉末形成微熔池的过程,研究了激光功率、光斑直径及加热时间对材料熔化速度、温度场、微熔池尺寸大小的影响.结果表明,增大激光功率和热流密度可有效促进材料的熔化和传热,大尺寸光斑直径的激光形成的温度场和熔池宽而浅,小尺寸的光斑直径形成的温度场和熔池窄而深.比较多组数据得出...     

热处理对选区激光熔化WC增强18Ni300钢基 复合材料性能的影响

为进一步提高18Ni300钢的性能,以WC、18Ni300钢球形粉末为材料,采用选区激光熔化制备以18Ni300钢为基体,WC为增强体的复合材料,并对复合材料进行固溶+时效处理。研究了不同热处理工艺对复合材料性能的影响。结果表明:热处理前后试样外观尺寸一致,采用固溶(810℃×45 min)+时效(460℃×5 h)热处理工艺,复合材料的抗拉强度和硬度最高,塑性优异。     

选区激光熔化制备金刚石/铝复合材料的缺陷研究

利用选区激光熔化(selective loser melting, SLM)技术成功制备金刚石增强铝基复合材料。通过对成型之后的断口、金刚石颗粒以及成型过程中飞溅残渣的分析，发现复合材料的主要缺陷为金刚石在激光照射条件下的热损伤以及在成型过程中形成的大量孔洞。分析表明:金刚石的热损伤主要是由激光直接作用在金刚石上导致的石墨化，金刚石表层的TiC镀层也无法避免其损伤；金刚石间的内部孔洞主要是因为在极短的熔化成型过程中金刚石和基体润湿性较差，相互难以融合而形成的大量孔洞。      

激光选区熔化铝合金及其复合材料的研究进展

铝合金及其复合材料具有比强度高、高比刚度和耐腐蚀性能优异等特点,是一类重要的轻质材料.采用激光选区熔化技术制备结构?功能一体化铝合金及其复合材料的精密复杂构件,在航空航天、交通运输、电子器件等领域具有广阔的应用前景.本文首先阐述激光选区熔化技术的基本原理、主要工艺参数及其影响规律;分析激光选区熔化铝合金及其复合材料的微...     

选区激光熔化成形TiC固溶增强钨基复合材料研究

利用选区激光熔化(SLM)工艺制备了纳米Ti C固溶增强W基复合材料,研究了不同激光线能量密度(η)对SLM成形试件致密度、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:当η过低时,成形试件中存在明显残余孔隙;而当η过高时,因热应力影响,成形试件中形成显微裂纹,均降低成形致密度。而在适宜的η=2.1 k J/m时,SLM成形试件致密度达到理论密度的94.7%,平均显微硬度(HV0.2)高达8062 MPa;摩擦磨损实验结果表明试件的摩擦系数曲线平稳,平均摩擦系数值为0.583,相应的磨损率较低为0.69×10-15 m3/N·m;激光成形试件中形成均匀分布的柱状晶,平均晶粒直径为0.73μm。     

激光选区熔化IN718合金的熔池演化过程数值模拟

采用离散元（DEM）与流体体积（VOF）相结合的方法,以IN718粉末的激光选区熔化（SLM）过程为研究对象,通过数值模拟和试验验证,研究了激光功率对熔池尺寸的影响,以及熔池演化和熔道形貌的形成机理。结果表明,随着激光功率增大,熔池尺寸逐渐增大,熔池连续性和尺寸均匀性增强,合适的工艺参数（P=200 W,v=1.5 m/s）会获得最佳熔道形貌;由温度梯度引起的表面张力梯度与蒸气反冲压力共同驱动了熔池的演化和熔道形貌的形成;优化层间旋转角（θ=67°）能够降低熔道两端孔缺陷出现的概率。     

多光束激光选区熔化拼接区域熔池动力学行为数值模拟

目的 针对多光束激光选区熔化加工拼接重叠区域的质量控制难题,研究拼接重叠区域的缺陷形成机理与控制手段。方法 通过建立激光选区熔化介观尺度高保真数值模型,基于流体体积法和射线追踪热源,还原粉末熔化凝固的加工过程,研究不同加工参数下拼接重叠区域熔池动力学和激光反射吸收行为,并对比分析拼接重叠区域和非拼接重叠区域激光-材料能量耦合机制。结果 在拼接重叠区域大小不同的情况下,重叠区域长度分别为160、200、240μm时,其拼接重叠区域熔道宽度宽于非拼接重叠区域,拼接重叠区域与非拼接重叠区域存在高度差,且重叠区域的全局激光吸收率要高于非重叠区域,其中重叠区域皆有孔隙缺陷,重叠区域240μm长度方案下的全局平均吸收率达到最高（0.417 56）。在拼接重叠区域长度为240μm、扫描速度为0.9 m/s和1.2 m/s时,由于获得的能量低于扫描速度为0.6 m/s时的能量,其重叠区域不存在孔隙缺陷。结论 拼接重叠区域的表面形貌和孔隙缺陷与熔池动力学和激光反射吸收行为密切相关,合适的加工参数可以改善拼接重叠区域的成形质量。     

选区激光熔化IN738LC合金成形温度场的数值模拟及实验研究

通过数值模拟根据熔池热行为变化规律对选区激光熔化工艺参数进行优化,是提高成形件质量的有效手段。为此,本论文采用ANSYS的APDL语言建立了全参数化的IN738LC合金选区激光熔化过程温度场有限元分析模型,并通过单熔道成形实验对热源模型进行校核。结果表明：随着激光功率的增加或者扫描速度的减小,粉末吸收的线性能量密度不断增加,熔池中心最高温度升高,熔融金属量增加,熔道形态由不规则断续状向规则连续长条状演化;随着扫描速度的增加或者激光功率的减小,粉末吸收的线性能量密度不断下降,熔体流动能力减弱,熔池宽度与熔化穿透深度也随之减小;有限元模拟与实验结果吻合较好,当激光功率为270 W,扫描速度为1150 mm/s时,单熔道具有连续少缺陷、规则良好的成形形貌。     

造粒烧结WC颗粒对选区激光熔化18Ni300基复合材料微观组织及力学性能影响

为明确低成本WC颗粒增强钢基复合材料的组织演变过程和使用安全性,以造粒烧结球形WC颗粒为增强相,通过选区激光熔化制备了颗粒增强18Ni300钢基复合材料,研究了增强体体积分数对材料组织和冲击性能的影响。结果表明,WC颗粒加入量是影响材料致密度、成形质量和冲击韧性的主要因素,WC颗粒部分溶解导致基体中W、C含量增加,α-Fe相转变被抑制,晶粒尺寸发生改变。随着WC含量的增加,基体组织逐渐转变为γ-Fe相,晶粒尺寸增大。WC质量分数从0%增加到20%时,试样平均冲击值从为49.25 J下降为8.50 J,断口逐渐转变为脆性断裂形貌。     

选区激光熔化成形TiC/Inconel 718复合材料热物理机制研究

建立了TiC/Inconel 718复合材料体系选区激光熔化三维有限元模型,在考虑了相变潜热,热传导/对流/辐射多重传热机制和随温度变化的热物性参数条件下,使用ANSYS二次开发语言APDL实现了高斯激光热源的移动,并利用“生死单元”完成了多层多道的能量加载。研究表明：温度变化率与工艺参数 (激光功率和扫描速度) 存在正对应关系,最高可达7.03×106 °C/s。当扫描速度过快 (300 mm/s) 或激光功率过低 (50 W) 时,获得的熔池温度低 (1991 °C),液相存在时间过短 (0.29 ms),而且液相量少,粘度大,不利于液相金属在粉末间隙中的铺展和润湿,易于在制件中形成不规则孔洞,增加制件孔隙率;在优化的工艺参数下：P = 100 W, v = 100 mm/s,重熔深度 (15.1 μm)、重熔宽度 (35.0 μm)、液相存在时间 (1.2 ms)、熔池最高温度 (2204 °C) 和温度变化率均较为合适,易于获得冶金结合良好的SLM制件。对TiC/Inconel 718混合粉末进行了选区激光熔化实验,验证了模拟结果的正确性。     

选区激光熔化成形控制系统设计

为有效推进选区激光熔化成形技术的推广与应用,在功能需求分析基础上,结合.NET C#和FreeCAD平台,提出一种选区激光熔化成形控制系统软件设计。该系统以开源几何模型软件Free CAD+Visual Studio.NET(C#)2010为平台,设计了标准的CAD几何对象管理数据结构,具有CAD/CAM三维零件实体模型数据处理模块和良好的人机交互功能模块。股骨假体零件的加工试验结果表明,所提出的选区激光熔化成形控制系统运行良好,具有较好的成形工艺精度。     

选区激光熔化GH3536高温合金高温本构模型北大核心CSCD

为研究选区激光熔化高温合金在高温下的塑性变形行为,对选区激光熔化制备的热等静压态GH3536高温合金进行热模拟压缩试验,获得了不同变形条件(变形温度为900、950、1000和1050℃;应变速率为0.01、0.1、1和10 s^(-1))下的高温真应力-真应变曲线,研究了该材料在高温条件下的载荷响应规律,并建立了基于Arrhenius方程的材料高温本构模型。研究发现,峰值应力随着应变速率的升高而升高,随着变形温度的升高而降低,最大峰值应力为592.8 MPa。基于Arrhenius方程建立了HIP状态下GH3536高温合金的高温本构方程,其预测精度的平均相对误差(AARE)为9.42%。通过组织观察发现,在高温变形过程中合金的组织被拉长,材料中有明显发生动态再结晶的迹象。     

激光选区熔化成形Cu-Al-Mn-La形状记忆合金

采用激光选区熔化技术成形Cu-Al-Mn-La合金,成形过程中合金粉末逐层叠加并经历快速熔化凝固的过程,使得合金的组织与铸造中不同,性能得到了改善。通过对微观组织分析,试样在熔敷道中心至边界依次分布着细晶区、过渡区和等轴晶区,同时存在马氏体结构;物相分析可知试样中含有β1母相和马氏体相,纳米压痕分析显示试样的纳米硬度为(4.33±0.17)GPa,杨氏模量为(122±8)GPa。     

激光选区熔化成形不锈钢板材内部缺陷无损检测可靠性分析北大核心CSCD

为验证不同无损检测方法对激光选区熔化(SLM)成形不锈钢材料内部缺陷检测的适应性,分别采用X射线数字成像检测(DR)、工业计算机层析成像检测(CT)、相控阵超声检测(PAUT)和超声检测(UT)等对SLM成形不锈钢梯形板(厚度为11~20 mm)开展检测。实验结果表明:CT的灵敏度最高,能够检测出15.58μm的内部自然孔隙缺陷,达到了10μm级;PA及直接接触法UT可以检测出毫米级的面积型缺陷;DR对SLM不锈钢梯形板面积型缺陷不敏感。另外,水浸法UT结果表明,通过提升探头频率来提高UT的灵敏度是比较有限的,探头频率超过10 MHz即难以实施有效检测。金相分析结果验证了CT、PA和UT的可靠性,SLM不锈钢梯形板中存在直径为Φ20~Φ100μm的单独气孔和裂纹缺陷,同时也存在局部区域1 mm左右的密集型缺陷。     

选区激光熔化成形TC4钛合金力学性能及其工艺关联性EI北大核心CSCD

增材制造技术可实现复杂结构的无模具,快速、近净成形,高致密度。为保证零件的成形质量,建立金属增材制造技术工艺参数—微观结构—宏观力学性能的关联机制十分关键。采用选区激光熔化技术(SLM)制备四种不同工艺参数组合的Ti-6Al-4V合金(又称TC4),对比和讨论试件微观形貌。通过单轴拉伸试验从宏观角度研究准静态条件下材料本构行为,并确定流动应力和应变极限等关键力学性能参数,通过纳米压痕试验从微观角度研究0.01/s和0.10/s压痕应变率下材料荷载-位移曲线,并基于连续刚度法获取材料弹性模量和硬度。最后通过引入约束因子和位错密度,结合单轴拉伸和纳米压痕试验所得的力学性能,讨论SLM成形过程中激光能量输入密度对TC4材料宏观力学性能的影响规律。通过开展工艺参数与力学性能的相关性分析,从更具统计意义的角度阐明SLM工艺参数—微观结构—宏观力学性能的关联机制,进而更加有效地确定可用于调控SLM成形TC4材料宏观力学性能的工艺参数优化组合。研究结果可为提升TC4材料力学性能的SLM成形工艺参数提供指导。     

金属粉末选区激光熔化球化现象研究

球化现象是选区激光熔化(SLM)成形中的常见缺陷,是影响零件致密度及力学性能的关键因素之一。目前,国内外对SLM成形方面还处于初步阶段,对SLM成形中球化的成形理论、成形过程及控制方法研究还不够深入。本文从金属液与固体表面的润湿性问题和SLM成形中液滴飞溅两个方面阐述了球化的成形理论;从激光熔化金属粉末是否穿透粉层的角度分析了球化的成形过程;从氧含量和金属粉末熔化量等方面提出了球化的控制方法。     

选区激光熔化Inconel 718合金的熔池形态与组织

通过不同扫描速度和扫描方式的选区激光熔化(SLM)技术制备了Inconel 718合金,研究了工艺参数对熔池的形态、凝固组织、晶粒大小和晶粒取向的影响。结果表明,随着扫描速度增加,熔池的深度与宽度的比值增大,曲率增大;而扫描速度为1 450mm/s时,采用单向扫描比十字交叉扫描时深宽比值更大。在熔池内,凝固组织由熔池底部的胞晶向熔池侧面的胞枝晶转变。晶粒以<001>方向择优生长,其晶粒间的取向差角以小角度(<15°)为主。当十字交叉扫描时,随着扫描速度增加,小角度取向差角的分布分数增加。当速度一定、采用十字交叉扫描时,小角度的取向差角占比为62.57%,而采用单向扫描时为47.69%。