航空航天高性能金属材料构件激光增材制造

激光增材制造技术是当今世界科技强国竞相发展的一项关键核心技术,为航空航天等领域高性能金属构件的设计与制造开辟了新的工艺技术途径。航空航天金属构件兼具轻量化、难加工、高性能等特征,对激光增材制造的材料设计、结构优化、工艺调控及性能和应用评价等均提出了严峻挑战。针对航空航天领域三类典型应用材料(即铝、钛、镍基合金及其金属基复合材料)、四类典型结构(大型金属结构、复杂整体结构、轻量化点阵结构、多功能仿生结构等),阐述了近年来国内外在面向激光增材制造的新材料制备、新结构设计、增材制造形性调控、高性能/多功能构件制造及航空航天应用等方面的研究进展,提出了高性能金属构件激光增材制造的宏/微观跨尺度形性协调机制,并就激光增材制造技术在材料-结构-工艺-性能一体化方向的研究及发展作一点思考与展望。     

典型航空机电产品激光粉末床熔融技术应用现状与发展

下一代武器装备对先进飞行器航空机电系统提出了智能化、综合化、多电化、轻量化、高可靠等要求。传统产品设计、制造到验证的串联式方法已逐渐不能满足航空机电产品更轻重量、更低成本、更短研制周期的需求。因此，需迫切发展具备材料-结构-性能-功能一体化并联式设计与制造能力的金属增材制造技术。综述了激光粉末床熔融增材制造技术在液压、燃油和环控三类典型航空机电产品中的应用，总结了该技术在航空机电产品设计与制造中的应用优势及未来发展方向，为未来航空机电产品的轻量化设计与快速成形提供了技术指导。     

激光增材制造成形合金钢件质量特征及其检测评价技术现状(特邀)

无损检测技术是合金钢构件激光增材制造的重要技术支撑,是保证激光增材制造产品质量和在役安全性的关键技术,是贯穿产品全寿命安全保证的重要技术组成。金属激光增材制造合金钢件成形、组织和力学性能不同于传统技术制造构件性能,使得无损检测技术面临诸多挑战。综述了激光增材制造合金钢成形质量特性,包括成形缺陷和力学性能;基于无损检测技术,论述了无损检测技术在激光增材制造合金钢件质量评价中的应用,重点论述了无损检测技术在激光增材制造构件缺陷和力学性能中的应用现状;提出了基于超声和微磁检测技术评价材料力学性能的原理、标定方法和微磁传感器设计方案;最后总结了无损检测评价技术在激光增材制造合金钢件检测评价应用中面临的挑战和发展趋势。     

大物性差异多材料激光增材制造界面研究进展（特邀）

随着多材料激光增材制造科学与技术的不断进步,一体化制备极端使役性能的大物性差异材料与元件成为可能。但大物性差异多材料增材制造成形界面问题尤为突出。根据大物性差异多材料激光增材制造成形的进展,笔者聚焦大物性差异材料的界面问题和界面优化方法,分别以激光吸收率差异、热物性差异、界面生成脆性相分类阐述界面问题,同时在工艺优化、功能梯度设计、复合制造三个方面对界面优化方法进行总结,为实现大物性差异材料的高质量成形提供参考。同时,阐述了大物性差异多材料激光增材制造建模与仿真研究进展,以期通过宏观和介观尺度模拟指导大物性差异材料的激光增材制造成形参数优化。最后对多材料激光增材制造大物性差异材料的应用和共性科学问题及技术挑战进行了展望与思考。     

增材制造马氏体时效钢的研究进展

综述了增材制造马氏体时效钢的研究进展,包括增材制造工艺和后处理对力学性能和微观组织的影响以及异质结构马氏体时效钢和梯度结构马氏体时效钢的力学性能和组织结构特点。此外,还总结了增材制造马氏体钢的合金成分、主要作用及其设计思路,分析了合金成分对马氏体时效钢的力学性能和微观组织的影响,着重讨论了复合颗粒增强相在增材制造马氏体时效钢中的强化效果与强化机制。介绍了增材制造马氏体时效钢在随形冷却模具、激光熔覆修复技术和表面涂层或表面改性等领域中的应用,并对增材制造马氏体时效钢在未来的发展方向进行了展望。     

激光增材制造研究前沿与发展趋势

从激光增材制造材料、工艺、装备、应用等方面分析了激光增材制造技术当前的研究热点以及相关的研究进展,梳理了未来主要发展方向.材料和成型工艺方面的相关研究主要集中于轻质合金和高价值合金增材制造;从成型装备来看,设备大型化、高速化、复合加工是未来的主要发展方向;而应用方面则主要面向高性能、高价值零部件的增材制造与生物植入体....     

飞秒激光在金属微加工中的应用

作为一种新型的减材加工技术,飞秒激光在材料微加工中具有独特优势。介绍了飞秒激光加工的机理,分析了飞秒激光加工效率和加工质量的影响因素,阐述了飞秒激光加工工艺参量及表面质量的预测方法,对飞秒激光与增材制造的结合应用作了展望。飞秒激光加工的效率与精度影响因素众多,要真正在金属加工领域精准大规模应用这一精细技术,尚需对飞秒激光及其与不同特性金属材料间的交互作用进行更为深入系统的研究。     

难熔高熵合金激光增材制造的发展：材料性能与制造工艺调控技术（特邀）

难熔高熵合金具有超越传统合金的优异性能,强度和硬度更高,高温性能和耐蚀性更优异,在航空航天、核工程、武器装备等领域具有广阔的应用前景。难熔高熵合金发展面临着两个难点：常规真空电弧熔炼方法制备的难熔高熵合金存在成分偏析严重、研发周期冗长、材料尺寸受限等难题;难熔高熵合金的硬度很高,难以实现复杂结构的成形和加工。因此,现有的冶金、成形、加工等技术面临挑战。通过激光增材制造实现材料与结构一体化成形是突破现有问题的发展方向,国内外学者在此方面进行了大量探索。本文对难熔高熵合金激光增材制造的发展现状进行了综述与分析,介绍了难熔高熵合金复杂构件从材料到制造的研究进展,阐述了高熵合金的研发途径、增材成形工艺和缺陷调控、难熔高熵合金在不同温度下的力学性能,以及增材制造工艺面临的挑战和取得的进展,最后总结了难熔高熵合金增材制造未来的应用方向和发展趋势。     

激光内送粉变姿态增材制造薄壁墙的试验研究

为了探索在非水平基面上激光增材制造薄壁件的成形规律，拓展激光增材修复技术的广泛应用。基于激光内送粉技术，分别在0°～150°的倾斜基板上进行薄壁件的成形试验，研究了不同倾斜角度下薄壁墙的成形规律，并分析了非水平基面下熔池的受力规律。试验结果表明：随基板倾斜角度的增大，薄壁墙的总体宽度及高度增大，熔池长度变短；随着基板倾斜角度的增大，成形件尾部塌陷越来越严重，在基板角度150°时，产生最大角度为21°的斜坡。该研究结果可以为非水平基面上激光增材制造及修复提供参考价值。     

航空激光增材制造零部件潜在缺陷检测

传统的航空激光增材制造零部件潜在缺陷检测方法检测准确度低,图像特征查全率低。基于上述问题,提出一种基于图像识别技术的航空激光增材制造零部件潜在缺陷检测方法。采用红外成像技术进行航空激光增材制造零部件成像处理,提取航空激光增材制造零部件红外图像的缺陷区域特征点,对红外图像进行中值滤波降噪处理,利用扫描图像的纹理异常分布特性进行潜在缺陷的自适应定位检测,结合模板匹配和角点检测方法,实现对航空激光增材制造零部件潜在缺陷检测。仿真结果表明,采用该方法方法的图像特征提取查全率比传统方法提高了15%-20%,能够清晰检测到增材零件的潜在缺陷。说明进行航空激光增材制造零部件潜在缺陷检测的准确性较好,对缺陷部位定位的误差较小。     

蓝光激光增材高反射率金属研究现状及发展趋势

激光增材制造技术利用逐点逐层的加工方式,对于复杂金属构件的制备具有极大的技术优势。对于高反射率金属材料,它们在不同波长下的激光吸收率相差较大,提高其对激光吸收率是改善成形件质量的重要途径之一。为获得质量良好的成形件,可采用如蓝光激光、绿光激光等短波长激光光源对高反射率金属材料进行增材制造。阐述了金属粉末材料对蓝光激光的吸收机理、蓝光激光器的研究及发展现状,分析并总结了高反射率金属蓝光激光选区熔化及沉积技术的研究现状,并展望了其未来的发展趋势。     

增材316L不锈钢的激光冲击强化研究

增材制造与激光冲击强化技术相结合,以提高增材制造打印产品的力学性能。本文以316L不锈钢粉末为实验原料,通过同轴送粉式增材制造工艺获得实验试件;利用SIA LSP 23系列激光冲击强化系统在不同激光能量下对增材316L不锈钢试件进行处理,研究了增材316L不锈钢实验试件激光冲击强化处理前后的残余应力、显微硬度和抗拉强度。经激光冲击强化处理,增材316L不锈钢近表面引入了残余压应力、并伴随着显微硬度和抗拉强度的显著提高;所引入的残余压应力、显微硬度和抗拉强度随激光能量的增加而增加,表明较高的激光能量能够获得较好的激光冲击强化效果;激光冲击强化作用后的增材316L不锈钢的截面显微硬度分布规律与残余应力分布规律类似,但显微硬化层深度要比残余压应力层深度要深0.15～0.25mm。激光冲击强化可作为一项后处理技术用来提高增材制造打印产品的力学性能。     

增材制造技术在船舶领域的应用及技术现状研究

增材制造技术作为新型材料成型加工工艺,受到各个领域的关注。其在船舶领域拥有广阔的应用前景,主要被用于船舶零件的制造与维修,同时业界也在尝试将其应用于螺旋桨等大部件的制造中。阐述了增材制造技术在国内外船舶领域的应用,对船用增材制造构件的耐蚀性能及力学性能研究现状进行了分析,以期对后续的深入研究提供一定的参考。     

激光增材制造零部件故障自动分类方法

不同状态下的零部件故障特征不同，为了准确分辨零部件故障，为解决故障提供依据，提出了激光增材制造零部件故障自动分类方法。基于阶次分析原理提取了激光增材制造零部件的故障特征，并获取了零部件故障特征向量；利用支持向量机中的一对一分类方法，对获取的零部件故障特征进行分类，基于分类结果对其进行校正，达到提高故障分类精度的目的，最终实现激光增材制造零部件故障自动分类。通过对该方法进行内圈故障和外圈故障两种不同状态下进行分类识别效果测试，验证了该方法具有较高的激光增材制造零部件故障分类准确性。     

非晶合金激光制造技术研究进展

非晶合金材料具有独特、优异的性能,一直受到科技界的高度关注。随着高端装备制造领域的发展以及关键器件需求的增加,应用激光制造技术进行块体非晶合金构件成形、材料表面非晶强化与微细加工的研究备受关注。本文通过综合国内外文献资料,对非晶合金激光制造技术领域的有关研究状况进行了全面总结,分别介绍了非晶合金激光增材制造、非晶合金激光焊接、激光表面非晶化、激光熔覆非晶涂层和非晶合金激光烧蚀加工等方法与技术,阐述了相关技术的原理、研究现状、应用领域及发展趋势,最后对非晶合金激光制造技术进行了总结与展望。     

水轮机叶片激光增材再制造的温度场与应力场仿真研究

水轮机转轮及叶片为水轮机的核心构件，但在水轮机长时间运转过程中易出现不同程度的空蚀现象。激光增材再制造技术由于具有效率高、热输入低、结合性能好等特点，可作为该类缺陷的有效修复手段。建立水轮机叶片激光增材再制造三维有限元模型，计算激光增材再制造区域温度场和应力场的瞬态分布规律。结果表明，激光增材再制造过程对水轮机叶片的温度、应力和应变影响主要集中在增材再制造区域附近。单道激光增材再制造热影响范围约为10 mm,四道激光增材再制造热影响范围上升至25 mm。此过程所产生的变形极小，在完成四道激光增材再制造后，中心横截面所产生的最大变形为0.15 mm,对水轮机叶片整体影响不大。     

金属零件自动超轻结构化设计及激光增材制造

为解决金属超轻结构零件设计技术复杂、设计周期长、难添加蒙皮进行增材制造等难题,提出一种基于激光选区熔化增材制造工艺的金属零件自动超轻结构化设计方法:根据激光选区熔化工艺特点,编制程序将原始零件CAD模型自动转化为设定孔隙率的带蒙皮类蜂窝状超轻结构零件模型,且其数据可直接驱动设备实现零件增材制造。研究了带蒙皮超轻结构的构造形式及设计方法;探讨了合适的成型棱长及合理蒙皮结构形式;成功实现复杂零件自动带蒙皮超轻结构化设计及增材制造,所得零件孔隙率误差2.79%,表明能较准确按预期减重。该方法能根据原始零件CAD模型自动、快速地构建带蒙皮金属超轻结构零件模型,大大减轻该类零件设计负担及提高其实用性。     

钛合金及其激光加工技术的应用

轻量化是产品设计制造水平的评价标志,是运载工具达到节能减排目标的重要方法,选用轻质材料是实现轻量化的便捷途径。钛合金作为轻质金属材料的典范,在航空航天、汽车以及船舰等领域得到了广泛应用。针对钛合金的加工方法,尤其在激光加工技术领域中的应用展开论述,尤其是钛合金材料在海陆空领域中的应用和研究现状,激光焊接、激光表面处理、激光切割等加工钛合金材料的应用和研究成果,并对应用中发现的问题提供了对策。     

电子工程增材制造研究现状及进展

随着5G技术、可穿戴电子、物联网、智慧城市、工业网络化等的高速发展，智能化、轻薄化、小型化、高频、高精密度的电子产品市场需求越来越大。长期以来，传统电子制造行业普遍存在工序繁琐、交付周期长、供应链弹性低、污染严重等问题，且随着集成电路频率的增加，传统金丝/带键合技术在连接时产生诸多电性能弊端。随着工业4.0的兴起和增材制造产业的迅速发展，符合低碳经济发展战略的电子工程增材制造因诸多优势受到学术界与工业界高度关注，促使相关产业链发展方兴未艾。从电子工程增材制造领域的产生背景及意义、打印技术、打印材料和最新典型应用四个方面对电子工程增材制造的研究现状及进展进行了综述，并对其未来发展面临的若干挑战作出了展望。     

相交筋板结构激光立体成形的结构优化设计

激光立体成形技术是一项先进的增材制造技术, 在航空航天等高技术领域具有广泛的应用前景。研究针对飞机结构件中的相交筋板结构, 探讨相交部位结构的常规设计对激光立体成形冶金质量的影响及机理, 进而根据激光立体成形路径规划特点提出相交部位的优化结构设计, 改善冶金质量, 并进行成形实验验证。