3D打印轻质高强钨材的力学性能研究

采用选择性激光熔化（SLM）3D打印方式成功设计和制造了具有点阵结构的钨材，结合有限元分析、扫描电镜、准静态单轴压缩试验探究了不同点阵结构下钨材力学性能的变化规律，分析了微观组织对力学性能的影响。结果表明圆弧型点阵结构可有效降低节点处的应力集中，保持点阵结构轻质、低孔隙率特性同时还维持着钨材的高强度力学性能，平均抗压强度达到535MPa，平均质量仅为1.25g，激光打印后圆弧点阵较立方点阵平均抗压强度提升93%，其中体心圆弧点阵（BCA）显示出更优抗压性能，极限抗压强度达到721MPa，结构致密度为理论值12.8%；力学性能指标接近于变形态。与立方点阵相比，圆弧点阵具有良好的能力吸收特性，后者相较前者总能量吸收值提升223%，圆弧点阵平均能量吸收达到1664J/cm3。此外，SEM图像显示圆弧点阵因其弧形特性，减少了打印中斜支柱的悬挂距离，成型效果优于立方点阵。     

激光3D打印AlSi10Mg铝合金点阵结构材料的组织和力学性能

以不同激光3D打印参数制备了AlSi10Mg铝合金点阵结构材料,探索其最优化打印参数,研究了铝合金点阵结构材料的组织和性能,以及后续热处理对其组织性能的影响。结果表明,最优化打印参数为:环境温度80 ℃,粉层厚度30 μm,激光束直径80 μm,激光能量370 W,激光扫描速度1300 mm/s。制备的铝合金点阵结构材料空洞缺陷少,致密性高,显微组织呈一层层交错堆垛的激光熔池,为细小的α-Al等轴胞状晶和球状Si颗粒相组成,性能良好。经热处理后,原激光熔池缺陷、等轴胞状晶特征消失,Si颗粒相不断析出并长大,硬度和静态压缩试验下的平台应力降低,压缩性能下降。     

铝合金点阵结构电弧增材制造技术及应用

电弧增材制造技术是制备点阵结构的有效方法。研究了点阵结构电弧增材制造装备、铝基药芯焊丝设计与制备技术、激光约束电弧工艺和点阵杆件直径、角度控制方法，制备了典型点阵结构示范件。点阵结构电弧增材制造装备由增材制造单元、激光单元与监测单元组成。设计自生Al2O3相铝合金药芯丝材Al-Cu-NiO合金体系，制备出直径1.2 mm的药芯丝材，堆积杆件具有较低的热导率。激光激发大量中性粒子电离，使电弧中的带电粒子大幅度增加，对电弧存在约束和稳定作用，提高成形精度。控制电弧增材制造熔滴体积与个数，可制备直径为2.5～7.0 mm的点阵单元杆件。控制电弧增材制造电弧枪纵向与横向运动量，可制备角度为15°～90°的点阵单元杆件。利用点阵结构电弧增材制造技术实现了平面点阵结构、圆柱面点阵结构和曲母线面点阵结构的高精度成形，点阵结构的平均压缩强度为58.53 MPa，具有较高的承载性能。在点阵测试件的上表面施加均匀热源，热源温度为500℃，时间600 s，测试件下表面温度约93℃，具有较高的隔热性能。     

点阵材料及其3D打印EI北大核心CSCD

点阵材料是由一种或多种结构单元,按照特定方式(如周期、拓扑、分形等)优化组合构筑而成的具有特殊物理性能的一类新材料,在光、电、力、热、声、磁、生物化学等领域均具有巨大的应用潜力。3D打印技术极大地推动了点阵材料的发展,提高了点阵材料的可设计性,使制备具有形状复杂、尺度细小的点阵材料成为现实。本文综述了点阵材料的研究进展:阐述了点阵材料结构单元的类型及特征;归纳了点阵材料的制备方法;总结了点阵材料的性能及应用;最后探讨了点阵材料的发展方向。     

SLM成型316L体心立方点阵结构力学性能优化

为获得选区激光熔化成型力学性能更为优异的体心立方点阵结构模型，综合考虑多种结构参数的交互作用，通过响应曲面法分析了单胞杆径、杆长和杆倾斜角度等结构参数对点阵结构力学性能的影响。建立了结构参数与抗压强度及弹性模量关系的数学模型，进而优化得到最佳结构参数并进行试验验证。结果表明，单胞杆径对力学性能影响最大，随着单胞杆径的增大，点阵结构抗压强度与弹性模量增大，抗压强度最大为241.86 MPa,弹性模量最大为4.384 GPa。优化得到最佳结构参数为杆径Φ1.5 mm、杆长3 mm、杆倾斜角度60°,测得抗压强度为341.129 MPa,弹性模量为5.535 GPa,与优化前相比，抗压强度提高了41.044%,弹性模量提高了26.255%。与预测值相比，抗压强度与弹性模量的误差分别为2.194%和3.082%,两者相差很小，力学性能得到一定的提升。     

SLM金属3D打印镂空点阵结构成型缺陷及优化

3D打印在精密镂空结构成型领域具有显著优势,而镂空结构在减重方面具有重要的工程意义。采用SLM金属3D打印制作内部镂空的立方体结构块,当结构体底面结构为尺寸较小的点阵排列时,由于底面与基材接触过小而导致结构坍塌。文章在分析打印失败原因的基础上,通过改进三维模型,增加其与基材的接触面积,解决了结构坍塌的问题,使得镂空点阵结构顺利成型。文章中提出的优化策略对同类结构具有普适性。     

钛合金点阵夹芯结构弯曲性能

通过理论、试验、数值模拟3种方法研究3D打印钛合金金字塔型点阵夹芯结构在两端简支三点弯曲载荷下的响应,试验中通过裂纹观测仪监测加载过程。结果表明:在弯曲载荷下,夹芯结构损伤区域主要在弯矩最大中线处附近;试件首先在上面板出现塑性变形,随着第一层杆件的屈曲,载荷迅速下降。通过扫描电子显微镜(SEM)观测断口形貌,验证面板及杆件均为弯曲变形失效。基于ABAQUS软件,建立结点刚硬点阵夹芯结构有限元模型,对结构的渐进损伤过程进行预测,获得损伤起始位置、损伤扩展、破坏载荷及最终破坏模式等结果,模拟结果与试验结果吻合较好。通过有限元模型分析宽度方向不同单胞列数的影响,结果表明列数越多,边界影响越小,结构承载能力越强。     

金属3D打印关键承力构件实现高性能航天产品首次应用

<正>中国航天科工集团二院25所联合西北工业大学制成金属3D打印关键承力构件,实现国内高性能中空点阵结构在航天产品上的首次应用,在航天轻量化结构研制上取得重大突破,代表了我国3D打印技术的最高水平。该产品具有高性能、高精度、轻量化等特点,充分体现先进设计与3D打印技术的完美融合。在全国"大众创业     

航空航天用钛合金3D打印技术的研究概述

介绍了3D打印的钛合金内部存在的气孔、球化、熔合不良、裂纹等缺陷。概述了热处理工艺对3D打印钛合金组织和性能的影响,并对近年来3D打印钛合金在航空领域国内外的应用及研究进展进行了评述。     

激光选区熔化TC4钛合金点阵结构压缩性能研究

通过增材制造成型复杂晶格结构,实现航空航天结构件的轻量化设计得到越来越多的应用,然而点阵结构设计及其性能评价仍欠缺。本研究采用金刚石结构为基体,以点阵密度、结构形式为目标,设计不同几何参数试样,并以TC4钛合金为对象进行成型。对成型试样进行压缩试验,研究这种结构不同尺寸试样压缩性能的差异,结果表明：金刚石点阵结构试样受到载荷后应力在连接节点位置集中,产生断裂。提高晶胞密度可以缓解应力集中现象,提高比强度,减少晶胞尺寸和添加外壳都可以使应力均匀化,提高性能稳定性。小晶胞尺寸试样对球化现象、孔隙等冶金缺陷较为敏感,造成强度的下降。     

增材制造用高流动性铝合金粉末制备技术研究

采用自主开发的旋转盘离心雾化实验装置进行雾化制备增材制造用铝合金粉末实验研究,通过开展雾化盘实验研究优选出粒度分布较均匀收得率较好的盘形,并获得其结构和工艺参数的影响规律;通过对制得的铝合金粉末性能和3D打印成型件物理性能进行检测。结果表明:离心雾化制备的铝合金粉末具有高流动性、窄粒度、高球形度、高松比,表面光洁无卫星粉,无空心粉等特点,同时3D打印离心雾化样件熔覆道均匀,孔洞缺陷少,致密度和力学性能明显优于气雾化样件,尤其是抗拉强度和屈服强达到495和320 MPa,相比气雾化粉打印样件提高近10%。     

SLM 3D打印St6钴基合金燃油器喷头可行性分析

设计、对比了不同选区激光熔化工艺(Selective Laser Melting,SLM)3D打印St6钴基合金燃油器喷头的试验方案,热等静压(HIP)后,通过表面质量及微观金相检查,对St6钴基合金燃油器喷头3D打印工艺的可行性进行分析.针对打印中出现的表面球化、层间开裂、内部组织不致密、内部裂纹、析出物聚集等缺陷,...     

3D打印铝合金材料的摩擦学性能

为测试高速传动件上3D打印铝合金材料的耐磨性能,对3D打印铝合金(EOS:Al Si10Mg)与铸造铝合金(ZL1104T6:ZAl Si9Mg)进行性能对比测试。采用光学显微镜、电子扫描电镜、能谱分析仪、显微硬度计、高温摩擦磨损试验机等对两种材料进行微观组织分析,硬度测量,摩擦磨损值测定。结果表明,3D打印铝合金其微观组织下晶粒更精细,并且各合金元素分布均匀性更好;3D打印铝合金硬度平均值略高于ZL1104 T6;3D打印铝合金的摩擦因数曲线更平滑,摩擦因数平均值及磨损失重率均小于ZL1104 T6,证明在相同的摩擦磨损条件下,3D打印铝合金表现出良好的耐磨性。     

选区熔化3D打印TiAl基合金的研究现状及展望

TiAl基合金(TiAl基金属间化合物),被认为是一种理想的新型轻质高温结构材料,在当代民用工业、兵器工业以及航空航天等领域具有广阔的应用前景.然而TiAl基合金脆性较大,传统的成形方法难以制备出复杂结构的构件,严重制约了该合金的推广与应用.选区熔化3D打印是按照CAD模型的分层切片数据,以激光或者电子束为高能量热源逐...     

Compressive properties of Ti–6Al–4V auxetic mesh structures made by electron beam melting

In this current work, a Ti–6Al–4V 3-D re-entrant lattice auxetic structure is manufactured by the electron beam melting (EBM) process. Four different design configurations (two negative Poisson’s ratio values × two relative densities) were manufactured and tested under compressive stress. Two failure modes were observed whose occurrence appeared to be dependent on the ratio of vertical strut length to re-entrant strut length. A small deflection analytical model is presented that predicts yield strength and modulus for one type of design with good accuracy. Results also show that the re-entrant lattice structure possesses superior mechanical properties compared to regular foam structures. Limitations of the analytical model are also discussed.     

多孔钛骨组织工程支架设计及孔结构表征

针对目前骨组织工程支架微孔结构难以准确设计制备的问题,提出了一种基于点云的参数化建模+3D打印新方法。通过提取cube(C)、diamond(D)、gyroid(G)3种结构的型面函数点云数据,完成对不同孔结构特征的参数化建模。通过对模型有限元力学分析,对不同孔结构特征的多孔钛骨组织支架进行力学设计与订制。借助激光选区熔融(SLM)3D打印技术,完成对不同孔特征的骨组织支架快速成型。对多孔钛骨组织支架进行了相关材料学表征,包括孔结构表征与力学性能测试。结果表明:参数化模型的快速成型制造,能够有效地设计制备钛合金骨组织工程支架的孔结构特性,且可有效设计订制支架的力学性能,从仿生的角度实现多孔钛合金骨组织工程支架生物学功能的设计优化。     

热处理对3D打印制备GH4169合金组织与性能的影响

通过选区激光熔化(SLM)技术三维打印(3D priting)制备了GH4169合金板状试样,并对其进行了热处理。采用三维原子探针技术(3DAP)以及附带原位拉伸功能的扫描电镜(SEM)对热处理前后试样的显微组织及力学性能进行了检测。结果表明,打印态GH4169合金中熔池和晶粒内部均为凝固枝晶组织,合金元素分布均匀。经过热处理后,基体中形成了大量细小γ″相和γ′相;拉伸试验结果显示,3D打印GH4169合金热处理后具有更优的力学性能,这归因于枝晶组织的消失、有害δ相的减少以及大量纳米级γ″相和γ′相在基体中的析出。     

Matrix material for a new 3D-printed diamond-impregnated bit with grid-shaped matrix

In order to improve the efficiency of drilling hard rock formation, the matrix structure of diamond-impregnated bit is designed as grid shape, and the basic parameters of this diamond-impregnated bit with grid-shaped matrix is theoretical analyzed. Two kinds of test samples, made by two selected 3D printing materials (Inconel 718 and CoCrMo alloy), are prepared by using powder metallurgy, and the optimum sintering parameter is determined by studying the effect of sintering temperature on three-main mechanical properties, hardness, abrasive resistance and bending strength. Also the mechanical properties of Inconel 718 and cobalt chromium alloy fetal bodies sintered at the optimum sintering temperature are compared with traditional WC matrix composite. It shows that the Inconel718 and the CoCrMo alloy can possess the optimal mechanical properties when the sintering temperature is 1050 °C. Meanwhile, CoCrMo alloy indicates to be more suitable for the matrix material of DIBGM due to its similar mechanical properties with WC matrix. The 3D printing working layer test and the rock cutting test confirmed the feasibility of the CoCrMo alloy acting as a matrix material, and the 3D-printed grid pieces that suitable for the hard rock with different strength are summarized as well.