功能梯度增材制造技术的研究现状及展望

概述了金属-金属、金属-陶瓷梯度材料相关的增材制造技术,并论述它们的优势及不足.详细阐述了激光选区熔化技术和定向能量沉积技术这两种功能梯度增材制造技术的研究现状,简述了其它增材制造技术.最后对功能梯度增材制造技术的未来进行了展望.     

增材制造TiAl合金的研究进展

轻质耐热的TiAl合金是航空航天和民用工业等领域最具潜力的高温结构材料之一。然而,由于其低的延展性和断裂韧性,制造TiAl零部件具有挑战性。目前,增材制造工艺被认为是制造TiAl零件具有前途的技术之一。本文在介绍增材制造技术原理和特点的基础上,综述了激光金属沉积(LMD)、选区激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)制备TiAl合金的工艺-组织-性能关系,并对该技术未来的发展趋势进行了展望。     

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。     

热处理对增材制造生物纯钛力学性能的影响

选区激光熔化(selective laser melting,SLM)能直接根据CAD模型制备形状复杂的个性化医用植入物.本工作旨在研究SLM和后续热处理后生物纯钛(TAl)的显微组织和力学性能.结果 表明,SLM打印后的TAl合金为针片状a'马氏体组织,且沿建造方向保留初始β柱状晶形貌;热处理后发生再结晶组织转变,形...     

电子束选区熔化增材制造技术研究现状分析北大核心

增材制造(3D打印)作为一种新兴的材料成形方法,在航空航天、生物医学等领域有着广泛的应用前景。综述了电子束增材制造(3D打印)技术国内外研究现状,简述了利用电子束选区熔化技术增材制造的基本原理和国内外研究学者已经取得的部分研究成果,并展望了电子束增材制造技术的发展方向。     

INCONEL系镍基高温合金选区激光熔化增材制造工艺研究

研究了激光加工工艺参数对选区激光熔化工艺成形的Inconel 718合金试样的致密化行为、显微组织特征、硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明:当激光线能量密度(η)较低时,球化效应的出现使试样的致密度水平较低;在较高的线能量密度与合适的加工参数下,可获得接近完全致密的Inconel 718合金试样。同时,随着激光线能量密度的增加,SLM成形Inconel 718合金试样的显微组织经历了粗大的柱状树枝晶、聚集的枝晶、细长而均匀分布的柱状枝晶等变化过程。在优化工艺参数下,成形试样的显微硬度高达397.8 HV0.2;摩擦系数和磨损率较低,分别为0.40和4.78×10-4mm3/Nm;且试样内部显微组织均匀细小,摩擦试样的表面形成摩擦保护层,使试样的摩擦磨损性能较好。     

选区激光和电子束熔化成形纯钨的组织、性能及裂纹形成机理研究

采用选区激光熔化(SLM)和选区电子束熔化(SEBM)技术成形纯钨,对比研究了两种成形方法对纯钨的宏/微观组织和力学性能的影响,利用SEM和EBSD等表征技术,分析了裂纹萌生位置及形成机制。研究结果表明,通过调控纯钨打印过程的工艺参数,可有效地减少 SLM和SEBM成形样品内部的裂纹。SLM和SEBM打印态纯钨的致密度和硬度与输入样品的能量密度呈正比例关系。与SLM相比,SEBM成形时样品内部的温度梯度更低,热应力累积更少,成形后样品中的裂纹更少。SLM打印态样品的内部裂纹多存在于搭接区域,SLM和SEBM制备过程中产生的裂纹均具有沿晶界分布的特征,而且裂纹多萌生于大角度晶界。     

增材制造镁合金的研究现状与展望

航空航天、武器装备等重要领域对轻量化材料的需求日益迫切,镁合金作为质量最轻的金属结构材料逐渐受到广泛关注。随着科学技术的高速发展,经过拓扑优化设计的增材制造镁合金零部件可以进一步在结构上实现轻量化,成为镁合金成形及应用的重点研究方向。本文详细介绍了关于镁合金增材制造的国内外研究现状,综合分析了镁合金增材制造研究中目前存在的主要问题,对镁合金增材制造成形技术的未来发展进行了展望。     

增材制造成型机械超材料的研究进展及展望

增材制造技术解除了传统制造方法对零件结构的限制,使越来越多复杂结构的“自由制造”成为可能。超材料的出现打破了自然界传统结构在性能上的限制,实现了许多自然结构无法实现的功能。随着增材制造技术的日益成熟,对于高性能、轻量化构件的需求愈来愈强烈,而超材料在具有自然结构所不具备的超常物理性质前提下,进一步实现了超强超轻的机械目标。增材制造的技术特点消除了超材料的制造约束,提高了超材料的潜力,为结构复杂的机械超材料的成型提供了一种有效的方法。零泊松比结构是一种特殊的机械超材料,它优异的性能引起人们的广泛关注。总结了目前国内外增材制造技术成型机械超材料的相关研究进展和激光选区熔化成型具有零泊松比特性的板壳晶格结构的设计难点,并对其发展进行了展望。     

密度梯度零件选区激光熔化制造基础工艺研究

为了快速制造密度梯度零件,在快速成型设备DiMetal-280上进行了选区激光熔化(SLM)成型工艺研究,分析了工艺参数与致密度之间的关系.采用316L不锈钢粉末,制造了密度从6.73g/cm3到7.78g/cm3、致密度从83.09%到96.05%水平方向变化的零件,以及密度从7.04/cm3到7.55g/cm3、致密度从93.21%到86.91%厚度方向变化的零件;将零件沿梯度方向抛光后在显微镜下观察.结果表明,零件在梯度方向随着密度的梯度变化,孔隙量也呈现相应的梯度变化.本文采用的SLM技术在密度梯度零件制造中具有很大的潜力.     

激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展

激光选区熔化(SLM)技术与激光熔化沉积(LMD)技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力,但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题,影响了构件的力学性能,从而制约了其大规模的应用。针对这一现状,首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理,比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点,并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合。其次,从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手,综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响,以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响。发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构,从而影响成形件的组织与力学性能。此外,综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响,可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异,同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性。最后,探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响,通过合适的热处理能够降低成形构件应力,并调控组织相变和性能。     

电子束增材制造用TiAl预合金粉末表征

本文采用无坩埚电极感应气雾化法(EIGA)制备了Ti-48Al-2Cr-2Nb与Ti-47.5Al-6.8Nb-0.2W预合金粉末,并对粉末的特性进行了对比研究。结果表明,两种Ti Al预合金粉末具有良好的球形度,且粒度分布符合正态分布;粉末的气体含量较低,其中氧元素的含量保持一致,Ti-47.5Al-6.8Nb-0.2W预合金粉末中氮元素、氢元素含量较高;粉末的显微组织形貌表现为树枝晶状,XRD分析结果表明Ti-48Al-2Cr-2Nb预合金粉末的主要相为γ相,而Ti-47.5Al-6.8Nb-0.2W预合金粉末的主要相为α2相。     

电子束选区熔化增材制造TiAl合金的高温硬度及氧化行为研究

钛铝合金是航空航天领域具有广阔应用前景的轻质高温合金,电子束选区熔化（EBM）增材制造技术是制备复杂结构TiAl合金有效途径,但目前对其高温性能研究较少。本文重点研究了电子束选区熔化增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的显微组织、高温硬度及其高温氧化行为。结果表明,EBM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金呈现出由等轴γ晶粒和双相区组成的独特层状组织;在800 ℃下恒温氧化100 h,表现出较低的氧化速率常数,形成的氧化膜主要由TiO2、Al2O3及TiO2 / Al2O3混合交替层组成,抗氧化性能优于传统方法制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金和其他TiAl合金。此外,900℃以下,该合金具有良好的高温硬度,显微硬度随温度的升高未发生明显的下降趋势。     

增材制造镁合金技术现状与研究进展

镁合金具有轻质、比强度高、阻尼减振、生物相容性好、体内可降解等优点,在航空航天、汽车轻量化、生物医疗等领域应用潜力巨大。然而传统的镁合金铸造成形和变形加工技术在制备一体化复杂结构件上具有一定的局限性,制约了镁合金在上述领域的应用普及。增材制造是一种根据三维模型数据逐层熔化沉积的先进技术,有望成为镁合金复杂构件制备的重要技术途径。本文概述了近年来增材制造镁合金的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电弧增材制造(WAAM) 2种主要增材制造的工艺研发现状和影响因素、微观组织、力学性能及耐蚀行为进行分析与总结。研究表明,工艺优化后SLM和WAAM等技术均可获得致密度> 99%的镁合金试件,并且能够获得与传统制造镁合金相当的力学性能和耐蚀性能,增材制造镁合金表现出极大的工程应用潜力。最后,从材料优化、工艺改进及性能评价等方面对增材制造在镁合金中的未来发展趋势与研究方向进行了总结与展望。     

用于电子束增减材技术的电子束气化切割工艺研究

电子束选区熔化具有能量吸收率高、成形效率高等优势,但其成形件表面粗糙度较差。对此,提出一种基于电子束选区熔化和电子束切割复合的电子束增减材技术,利用现有电子束选区熔化设备开发出针对316L不锈钢的跳转点扫和跳转线扫两种电子束切割方法,均获得深度大于1 mm的切割槽。结果表明：跳转线扫模式所得切割槽的深宽比更大且槽宽上下一致,其切割效率约为跳转点扫模式的8倍;跳转线扫模式得到的最优切割槽侧表面粗糙度优于Ra10μm,且热影响区沿着切割槽向下逐渐减小;将跳转线扫切割方法与电子束选区熔化相结合,得到的成形件侧表面粗糙度从Ra25μm以上降至约Ra12μm。     

金属零件3D打印技术的应用研究

金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最具潜力的技术,是目前先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展对材料的不断需求,利用快速成形技术直接制造金属功能零件将会成为该技术的主要发展方向。3D打印技术正在快速改变着人们传统的生产方式和生活方式。以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印制造技术被外界认为将推动第三次工业革命。激光工程化净成形技术（LENS）,激光选区熔化技术（SLM）及电子束选区熔化技术（EBSM）3种技术是金属零件3D打印技术的典型代表。对金属零件3D打印技术,包括基本的技术原理及其技术应用领域进行了介绍,最后对金属零件3D打印技术的发展进行了展望。     

SLM激光单道扫描成型纯钨薄壁件的研究

本文通过选区激光熔化技术激光单道扫描成型了纯钨薄壁件,通过二维影像仪和光学显微镜分别测量了成型薄壁壁厚和熔化道宽度,研究了激光功率和扫描速率对成型纯钨薄壁壁厚和熔化道宽度的影响。通过光学显微镜观察了成型薄壁表面2D和3D形貌。通过扫描电镜观察了成型薄壁侧面粘粉情况,并分析了粘粉的原因。研究结果表明,成型薄壁壁厚要大于熔化道宽度;随着激光功率的增大,薄壁壁厚和熔化道宽度逐渐增大,薄壁表面逐渐变得平坦;随着扫描速率的增大,薄壁壁厚和熔化道宽度逐渐减小,熔化道由扭曲变得平直再变得扭曲,熔化道高度方向上的高度差先减小后增大;纯钨薄壁由完全熔化区、球化区、半熔化区和未熔化区四部分组成。     

激光增材制造SLM中零件性能的改善措施

激光增材制造中的激光选区熔化技术(SLM)因为其突出的优势得到越来越广泛的应用,但要将加工零件应用于航空系统中,必须提高零件的综合性能.以镍基高温合金为例,介绍了改变激光加工功率及热处理温度的措施来改善加工零件的工艺性能,并经过反复实验验证,证明其可行性.结果 表明:这两种方法都可在一定程度上提高加工零 件的性能,从而...     

选区激光熔化增材制造In718合金的激光焊接性能

采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和力学性能试验等研究了选区激光熔化(SLM)In718合金的激光焊接接头的组织和性能。结果表明:SLM In718合金的激光焊接接头的宏观质量较好,没有发现冶金缺陷的存在。未热处理时,In718合金的SLM构件的组织主要由奥氏体柱状晶及奥氏体柱状晶之间的共晶组织构成,柱状晶的平均尺寸约为5μm×2μm;激光焊接SLM构件的焊缝组织主要由奥氏体柱状晶及奥氏体柱状晶之间的共晶组织构成,柱状晶的平均尺寸约为25μm×5μm;焊缝区显微硬度均值约282 HV,是SLM母材均值335 HV的84.2%;不同厚度焊接试样的抗拉强度为970~983 MPa(均达到SLM母材95%以上),伸长率为20.2%~22.6%(为SLM母材65%以上);固溶+时效处理后,焊接试样抗拉强度均值为1412 MPa(约为SLM母材的98.9%),伸长率均值为13.5%(约为SLM母材的93.7%),与未热处理相比,SLM母材和焊缝显微硬度值分别提高了55.2%和77.3%。