激光直接烧结FGH95合金的微观组织与性能

基于直接激光金属烧结成形技术,以FGH95镍基高温合金粉末为研究对象,讨论了烧结工艺参数对制件微观组织、体积密度及显微硬度的影响。制件微观组织结构由等轴晶和枝状晶组成,在较高的激光功率、较低的扫描速度和较小的扫描间距时,等轴晶数量减少,尺寸增加,而枝状晶数量多且晶粒细微。制件的体积密度随着激光功率的提高而增大,随着扫描速率和扫描间距的增大而减小;随着激光功率和扫描速度的提高,制件的显微硬度呈先降后升趋势;随着扫描间距的增大,制件的显微硬度呈递增趋势,在到达最大值时有明显的回落。采用激光功率为900 W,扫描速度为0.8 m/min,扫描间距为0.6 mm以及粉层厚度为0.9 mm的参数组合,可获得表面平整、体积密度高、晶粒均匀细小和无明显微观缺陷的制件,其显微硬度可达到477 HV。     

316L选择性激光烧结参数对烧结件性能的影响

在金属零件制造过程中采用选择性激光烧结方法,金属零件的性能会受多种因素的影响,而影响因素主要有激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉层厚。文中采用单因素实验方法研究了316 L和环氧树脂粉末间接烧结方法。并通过测量烧结件的压缩强度和尺寸精度,得出不同影响因素对烧结件质量的影响规律。烧结件强度随激光功率的增大、扫描速度的减小而增大,随扫描间距的增大、铺粉层厚的增大而减小;烧结件尺寸精度随激光功率增大、扫描速度的减小而降低,随扫描间距的增大、铺粉层厚的增大而提高;而烧结件表面粗糙度,随铺粉层厚的增大而提高。     

CuCrZr合金选区激光熔化成形工艺与力学性能研究

为获得结构致密的CuCrZr合金部件,通过响应曲面和方差分析相结合的方法,探究选区激光熔化主要成形工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和铺粉层厚)对合金化CuCrZr粉末成形致密度的影响规律,并对其显微组织、物相和力学性能展开分析。结果显示：激光功率是最主要的影响因素,增大激光功率可显著提高成形致密度;在铺粉层厚0.02 mm,激光功率170 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距0.04 mm的工艺组合下,获得最高致密度为96.8%。在此工艺下成形出的CuCrZr合金试样屈服强度为(176.7±2.1) MPa,抗拉强度为(244.7±1.2) MPa,延伸率为29.4%±0.9%。     

激光选区熔化TC4钛合金工艺参数对成形件表面质量的影响

采用正交试验,研究在选区激光熔化快速成形的过程中,激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h以及扫描间距s4个参数对TC4钛合金成形件上表面粗糙度、侧面粗糙度和表面硬度的影响规律。研究表明,4个参数对上表面粗糙度影响的重要次序为激光功率、扫描速度、铺粉厚度、扫描间距;对侧面粗糙度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描速度、扫描间距;对表面硬度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描间距、扫描速度。试验可得形成TC4成形件表面质量的最佳工艺参数为：激光功率200 W,扫描速度600 m/s,铺粉厚度0.04 mm,扫描间距0.06 mm。     

激光选区熔化纯铜成形件尺寸精度的研究

为了研究工艺参量对激光选区熔化纯铜粉末成形件尺寸精度的影响,采用正交实验对纯铜粉末进行了激光选区熔化成形研究。分析了铺粉厚度为0.05mm时,工艺参量对成形件尺寸绝对误差的影响规律及各因素对尺寸精度的影响机理,确定了各工艺参量对尺寸绝对误差影响的主次顺序为扫描间距>扫描速率>激光功率>扫描路径,得到最优的工艺参量组合为激光功率360W,扫描速率1050mm/s,扫描间距0.08mm,扫描方式是spiral。结果表明,成形件尺寸绝对误差随激光功率的增大而增大,随扫描速率、扫描间距的增大而减小;不同扫描路径对尺寸绝对误差的影响差别较小;在因素水平范围内,尺寸绝对误差随体能量密度的增加而增大。该研究为激光烧结纯铜粉末时的参量选择提供了一定依据。     

灰色关联分析选区激光烧结成型研究

选区激光烧结(SLS)是重要的3D技术之一。烧结高分子材料成型过程中,材料的不均匀收缩导致制件翘曲变形及尺寸减小。而在烧结过程中工艺参数起着主要影响作用。激光烧结聚丙烯(PP)复合粉末成型过程中,采用各工艺参数不同水平组合烧结成型制件;用灰色关联分析法(GRA)研究工艺参数对成型精度的影响。结果表明,对于翘曲量及尺寸精度最重要的影响因子为扫描速度。综合工艺参数对翘曲量和尺寸误差的影响,得到激光烧结PP制件的优化工艺参数:扫描速度为1.9 m/s,激光功率为16.5 W,铺粉厚度为0.15 mm,扫描间距为0.12 mm。     

选区激光烧结PS/PMMA成形工艺优化与性能研究

为改善聚苯乙烯(PS)粉选区激光烧结出来的制件强度与精度低的问题，通过添加聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉末制备PS/PMMA复合粉。以制件尺寸精度、抗拉强度为指标，选取分层层厚、扫描速度、激光功率、扫描间距进行正交试验，采用极差分析法进行成形工艺优化与性能研究。结果表明，选区激光烧结PS/PMMA复合粉末烧结件尺寸精度的最优工艺参数组合为预热温度101℃、扫描速度4 m/s、激光功率20 W、扫描间距0.25 mm、分层厚度0.24 mm。该工艺参数组合下PS/PMMA复合粉末烧结的X、Y、Z三向尺寸精度分别可达到0.004、0.033、0.020。经力学性能分析，选区激光烧结PS/PMMA较激光选区烧结PS的抗拉强度提高2.4%。     

Fe-C混合粉末激光烧结成形致密度分析

分析了金属粉末激光选区烧结成形过程致密化机制。选择不同的参数对Fe-C混合粉末进行了激光烧结成形实验,根据烧结件微观结构分析了金属粉末的致密化机制,根据致密度数据分析成形参数与致密度的关系建立了数学模型。结果表明,Fe-C混合粉末在低功率激光作用下部分粉末熔化形成液相,在液相的参与下粉末通过重排、溶解沉淀导致致密化。成形参数对致密度的影响归结于烧结过程中产生的液相量,激光功率的增加、扫描间隔的减小、扫描速度的降低和切片层厚的减少都会提高烧结件的致密度。     

316L不锈钢粉末选区激光熔化成型致密化研究

为了研究选区激光熔化所加工的316L不锈钢成型件的致密度与工艺参量之间的关系,在自主研发的选区激光熔化成型设备DiMetal-280上,采用316L不锈钢粉末,用层间互错扫描方式以及不同扫描间距、扫描速率和扫描功率成型若干样块;在显微镜下观察样块形貌加以分析,并采用排水法测试样块致密度。结果表明,在合适工艺范围内,采用层间互错扫描方式有利于提高致密度;随着扫描间距的增大,熔道间搭接方式发生变化,致密度会减小;当扫描速率过小或过大时,致密度会减小;在加工初期时的实际铺粉厚度的变化也会导致致密度减小。该研究为进一步提高316L不锈钢选区激光熔化成型件的致密度奠定了基础。     

LPBF成形新型定向凝固镍基高温合金基础工艺研究

研究了激光粉末床熔融（LPBF）增材制造技术成形新型定向凝固镍基高温合金ZGH451的致密化行为、显微组织和凝固晶粒取向。结果表明：未熔合和凝固裂纹是主要冶金缺陷；通过增大激光功率、减小扫描间距和扫描速度，可以有效消除未熔合缺陷；在激光功率150 W、扫描层厚0.02 mm、扫描速度600～800 mm/s、扫描间距0.06～0.08 mm的工艺窗口内，可以获得无裂纹、高致密（致密度为99.9%）样品，其凝固组织主要由基本沿构建方向定向生长的柱状晶构成，具有典型的微细枝晶显微组织，一次枝晶间距小于1μm，二次枝晶不发达。枝晶间存在TiC和TaC颗粒析出，未观察到明显的γ/γ′共晶。样品呈现出一定的定向凝固特性，[001]织构明显，但相邻熔道搭接区域内仍有复杂热流产生的大取向差柱晶。样品力学性能优异，其屈服强度与传统定向凝固工艺制备的第三代单晶高温合金相当。研究结果证实了采用LPBF技术成形定向凝固ZGH451镍基高温合金的可行性。     

激光能量密度对纳米Al2O3/PS复合材料致密度和显微结构的影响

当扫描间距一定时,选区激光烧结(SLS)成型的激光能量密度和激光功率(P)与扫描速度(V)的比值(P/V)成正比。为了研究激光能量密度对烧结试件致密度和显微结构的影响,分别对不同P/V比值及相同P/V比值但不同P值和V值条件下激光烧结试件的致密度进行了研究,并利用扫描电镜(SEM)分析研究了烧结试件的表面形貌和显微结构的变化。研究发现,在P/V值达到1 W/37.7 mm.s-1以前时,烧结试件的体积密度随着P/V值的增加而提高,试件表面越来越光滑,气孔数量及尺寸减小;随着P/V值进一步地提高,由于聚苯乙烯的降解,产生了大量的烟气,体积密度基本上没有提高,反而有可能会出现下降的趋势,气孔未见明显减少;在P/V值等于1 W/32 mm.s-1时,随着P和V值的同时增加,烧结试件的体积密度有下降的趋势,内部气孔增多,气孔尺寸变大。综合考虑激光器使用寿命及加工效率等因素,较佳的成型工艺参数选择为激光烧结功率28 W,扫描速度1120 mm/s,铺粉厚度0.1 mm,扫描间距0.2 mm,预热温度95℃。     

激光直接烧结成形金属零件的实验研究

分析了激光熔池的动态快速冷凝及“球化”效应机理，基于此采用激光烧结直接成形工艺对铁粉和Ni45合金粉末进行了一系列的激光烧结实验。结果表明,直接烧结单组元铁粉易出现翘曲变形和“球化效应”，成形质量不高，即使调整工艺参数获得多层烧结件，但致密度较低;而在基体上烧结Ni45合金粉末,在合适的工艺参数下获得了致密组织较好的多层烧结件，内部组织细密均匀，表面光滑平整，且与基体结合牢固。     

选择性激光烧结/冷等静压复合制造高密度Al2O3异形陶瓷件的研究

为了获得高密度复杂形状氧化铝陶瓷件,提出采用覆膜和混合相结合的方式制备出含有机粘接剂w(PVA)=1.5%和w(ER06)=8.0%的Al2O3复合粉体,对复合粉体进行选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)/冷等静压(cold isostatic pressing,CIP)成形、再经脱脂、高温烧结获得最终陶瓷零部件的制造方法。研究了激光烧结的4个工艺参数,得出在激光功率为21 W、扫描速度为1 600 mm/s、扫描间距为100μm、单层层厚为150μm时,获得的SLS陶瓷坯体密度和强度较好,较高强度的SLS坯体有利于后续其它工艺的进行。研究了具有随形包套的SLS陶瓷件的CIP工艺,得出随着压力的增大,陶瓷坯体的孔隙得到更大程度的消除,粉体颗粒重排压实,密度和强度显著提高,而当CIP压力大于200 MPa时,致密化速率减小。基于环氧树脂粘接剂的热重(TG)曲线分析,对SLS/CIP试样进行合理的脱脂、高温烧结处理,所得Al2O3陶瓷件相对密度大于92.26%。为制造高性能复杂形状的陶瓷件提供了一种新的方法,并拓展了SLS技术的应用范围。     

激光烧结陶瓷粉末成型零件的机理分析和实验研究

激光烧结陶瓷粉末快速成型三维零件的过程包括激光烧结和二次烧结后的处理两个步骤,本文研究了陶瓷粉末激光烧结和二次烧结后处理的机理,对激光烧结的主要参数如激光功率和扫描速度进行了优化。通过成型实验研究获得了激光烧结成型的陶瓷零件。     

氮化硅的选区激光烧结成型研究

应用陶瓷粉末的选区激光烧结(SLS)成型原理,以氮化硅(Si3N4)和环氧树脂(EP)为材料,采用机械混合的方法制备SLS用Si3N4陶瓷粉末,测试其流动性和松装密度,进行选区激光烧结实验并制备试件。采用扫描电子显微镜观察烧结件的微观形貌,测试其三点抗弯强度。结果表明,优化Si3N4和EP粉末的粒径级配可有效增大铺粉密度、烧结件的致密度和强度。粉末粒径接近单层厚度时烧结件易发生移动和翘曲,粒径＜40 μm时,粉末易于粘附铺粉辊。     

Ni-Al-Cu粉末合金激光点火反应烧结的致密化研究

主要研究了激光点火反应烧结Ni—Al—CU系粉末材料的致密化机理。随体系中Cu含量的增多,大颗粒的Ni—Al—Cu粉末压坯在激光快速点火和烧结下实现了无压致密,最终产物并没有发生显著地改变。液相和被瓦解的固相小晶粒或颗粒的共同填充是导致最终致密的主要机理。     

激光烧结三种铁基粉末压坯的初步研究

对三种铁基粉末合金压坯进行了激光烧结研究,指出激光烧结出现快速致密化的根本原因在于其加热速度极快。激光烧结时测得的几条温度曲线表明选择合适的烧结工艺对试样整体组织和性能的均匀性以及烧结时的便于控制极为重要。     

线扫描SLS RP系统的原理和工艺优势

一种新的线扫描选择性激光烧结快速成型(SLS RP)方法可以提高成型效率和对大工件的加工质量。它与一般振镜点扫描完全不同。它使用柱面透镜组将CO_2激光器输出的圆光束改变为细长线束,从点(直径为0.13mm)到最大设计线长(40mm)实现无级变长以适应烧结层面的几何形状。通过对激光功率、扫描速度与线束长度的优化匹配,实现对各种有机粉末材料的有效烧结。应用实践证明这种线扫描工艺的成型效率和加工质量尤其是对大工件的加工质量优于振镜点扫描的工艺方法,可以很大地扩展SLS RP工艺的应用范围。