基于改进支持向量机的选区激光熔化参数优化的研究

在选区激光熔化成型过程中,通过实验法和试凑法确定合适的参数组合,需要具备一定的实验设备以及人力物力和时间的投入,周期长、成本高.以316L不锈钢选区激光熔化过程的参数选择为例,采用粒子群算法和网格搜索法对支持向量机参数进行优化,建立其选区激光熔化过程的质量参数模型,对加工过程的熔池尺寸进行预测.结果 表明,熔池的宽度、...     

选区激光熔化工艺参数对GH4169成型件致密度的影响

选用GH4169镍基合金粉末,通过调整选区激光熔化中的扫描间距B、激光电流I、扫描速度V、铺粉厚度d等主要工艺参数,制得不同的SLM成型件。同时对不同参数下的成型件进行金相二值化形貌观察并绘制相应的致密度曲线,分析了SLM工艺参数对GH4169成型件致密度的影响规律。优化工艺参数组合为激光电流140A,扫描速度150 mm/min,扫描间距0.35 mm,铺粉厚度0.15 mm,脉冲宽度5.5 ms,激光频率12 Hz,此时致密度达98.45%。     

Fe-Ni系金属粉末选区激光熔化成型工艺研究

选区激光熔化(SLM)技术可用于金属粉末快速制作冶金实体,成型件致密性是SLM工艺研究的重点,也是制备金属制件的基本要求.选用铁镍系金属粉末,在不同的激光功率、扫描速度和铺粉厚度等工艺参数条件下,采用单道扫描和多层单道扫描等方式进行实验,并利用扫描电镜对不同工艺所制备的试样进行微观形貌研究和致密性分析,确定了优化的工艺参数匹配并制备出块体试样,致密度达80％以上.     

金属粉末选区激光熔化技术的研究现状及其发展趋势

选区激光熔化(SLM)技术是近年来出现的一种新型的快速成型(RP)技术。该技术的优点是:工艺简单、成型件尺寸精度高、表面粗糙度好、致密度几乎能达到100%、力学性能优良、应用前景广阔。本文描述了该技术的基本原理;详细介绍了国内外选区激光熔化技术相关设备、工艺以及成型用金属粉末材料等的研究成果;并进一步讨论了选区激光熔化技术的应用及其发展方向。     

Ni60粉末选区激光熔化微金属结构成形工艺研究

通过对激光频率、扫描速度以及脉冲宽度进行单因素分析试验,研究了各工艺参数对熔道成型尺寸影响规律。进而研究了Ni60粉末选区激光熔化成形微结构金属的工艺方法。结果表明:不同工艺参数对熔道成型尺寸的影响不同。优化的工艺参数制备出的成型件较好。     

基于响应面法优化激光选区熔化成型CoCrMo合金工艺及其电化学行为

为了快速直接制造结构复杂、性能优异的个性化医用金属植入体,保证成型件具有良好的组织结构和生物特性,通过激光选区熔化技术对满足ASTMF75要求的CoCrMo合金进行增材制造。通过正交试验和响应曲面设计方法优化致密度工艺参数,观察成型件的微观组织,分析试样在模拟人体体液环境中的耐腐蚀性,并探究热处理工艺对其耐腐蚀性的影响。结果表明:在激光功率168 W、扫描间距0.06 mm、扫描速度550 mm/s时,成型零件的致密度可以达到98.58%,且微观组织均匀。电化学实验结果显示试样的腐蚀电流密度值约为40μA/cm2,经过退火热处理后,腐蚀电流密度仅为20.86μA/cm2,其耐腐蚀性能优于铸造CoCrMo合金的,这为选区激光熔化成型CoCrMo合金在医学植入体方面的应用提供了依据。     

激光选区熔化镍基高温合金GH4169的成形工艺与显微组织研究

开展了基于激光选区熔化技术对镍基高温合金GH4169成形工艺的研究。研究了激光扫描速度和激光功率对成形试样组织的影响,及激光加工工艺参数对试样显微组织、致密化行为的影响。结果表明:当激光扫描速度一定,激光功率较低时,熔池的球化效应明显,材料内部形成较多孔洞,致密度较低;随着激光功率的提高,熔池内金属溶液表面张力减小,球化效应明显减弱,致密度随之提高。当激光功率一定,扫描速度较低时,金属溶液补缩能力强,材料组织致密,仅存在少量气孔;随着扫描速度的提高,熔池变窄变浅,相邻熔道及层间材料缺陷明显增多。当激光束能量密度较高时,粉末吸收能量较多,熔池温度高,凝固速率低,易形成粗大的柱状晶。在优化工艺参数下(激光功率335 W、激光扫描速率680 mm/s),成形体的致密度最高(98.7%)。     

激光功率与扫描速度对选区激光熔化钴铬合金组织性能的影响

目的 明确选区激光熔化钴铬合金中激光线能量密度、激光功率和激光扫描速度对成形件组织、性能的影响,探究优化工艺参数的方法。方法 基于ANSYS有限元软件模拟选区激光熔化过程中熔池尺寸的基础上,通过金相显微镜分析了熔池尺寸和显微组织,电子背散射衍射分析了晶粒尺寸,使用力学试验机和洛氏硬度计研究了试样的力学性能。结果 随着线能量密度降低,成形件的熔池尺寸、晶粒大小、冷却速度和力学性能降低。但在激光线线能量密度为0.242 J/mm的条件下,扫描速度为1 200 mm/s时成形试样的致密度为98.7%,抗拉强度为867 MPa,延伸率为6.5%,其力学性能均高于扫描速度为950 mm/s时成形的试样,与线能量密度更高的0.263 J/mm成形条件下250 W+950 mm/s的成形试样力学性能相近。结论 激光线能量密度是影响选区激光熔化钴铬合金熔池尺寸和组织性能的关键因素,但熔池尺寸与激光线能量密度没有线性关系。相同的线能量密度下,增加激光扫描速度,有利于获得大的熔池尺寸和冷却速度,提高成形件的致密度和降低晶粒尺寸,最终使成形件力学性能提高。     

镍铝金属粉末选区激光熔化工艺研究

研究了激光电流、激光脉宽、激光频率、扫描速度和扫描间距对单层单道扫描、单层多道扫描的影响。确定了较佳的工艺参数范围,为随后的多层多道扫描及块体成型件奠定了基础。通过多层多道扫描试验研究,研究了各工艺参数对块体形貌及表面质量的影响,最终得到了适合此镍铝金属粉末选区激光熔化成型的最佳工艺参数。     

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。     

选区激光熔化René 88DT高温合金的晶粒组织及冶金缺陷调控

采用OM和SEM对选区激光熔化René88DT高温合金显微组织进行了表征,分析了制备参数对晶粒组织及冶金缺陷的影响。结果表明,制备参数可以影响合金凝固过程中胞状枝晶的择优生长方向,进而影响晶粒的形貌和尺寸。在低热输入以及67°层间扫描转角条件下,不同取向的枝晶相互竞争生长,使试样的组织呈现近等轴晶;采用高热输入以及0°层间扫描转角制备的试样,因其枝晶能够跨越多个沉积层连续外延生长而形成了柱状晶组织。采用90°层间扫描转角制备的试样晶粒组织为柱状晶,但其长径比低于0°层间扫描转角制备的试样,且由于金属蒸气烟尘的遮蔽作用导致试样在相互垂直的扫描方向上产生了各向异性。试样内部的冶金缺陷主要为低熔点共晶液化所导致的沿晶界分布的凝固裂纹,等轴晶组织阻碍凝固裂纹的扩展能力远高于柱状晶组织,后者裂纹密度是前者的22倍。考虑成形质量及服役条件,67°层间扫描转角以及较低的热输入是适合René88DT合金的选区激光熔化制备参数。     

IN718合金增材制造温度场仿真及微观组织分析

针对微观组织的调控相关问题,构建了IN718材料激光选区熔化(selective laser melting,SLM)温度场仿真的三维有限元模型,研究了激光功率和扫描速度对熔池温度场和凝固机理的影响,进而预测增材制造材料的微观组织,为微观组织的调控提供理论依据.首先分析了激光功率和扫描速度对熔池尺寸的影响,分析了不同工...     

铸铁表面激光熔凝行为及温度场数值模拟

为明确铸铁表面激光熔凝过程的热响应规律,考虑随温度变化的材料热物性参数和相变潜热影响,建立铸铁表面激光动态熔凝的三维数值模型并进行了验证,预测值与试验值吻合良好,采用该模型分析了热响应温度场规律及不同工艺参数的映射关系.结果表明,铸铁表面激光熔凝较钢材可获得更大的熔透深度,熔池内、外形成较大温度梯度且分别以深、宽方向分...     

基于遗传神经网络的镍基高温合金激光熔覆层形貌质量预测

采用反向传播(back propagation,BP)人工神经网络(artificial aeural network,ANN)和遗传算法建立了激光熔覆层形貌质量(熔覆层高度、宽度及稀释率)与激光功率、送粉速率和扫描速率之间的遗传神经网络预测模型.设计正交试验得到预测模型训练样本数据,并在正交试验的基础上,用极差分析法分析了各加工参数对熔覆层形貌质量各个指标的影响规律.经过试验验证,遗传神经网络模型预测值与试验实测值误差不大于4.6%.结果表明,运用该模型可以为准确的选择镍基高温合金激光熔覆参数提供一定参考,从而有利于提高镍基高温合金激光熔覆层形貌质量.     

Finite element analysis of temperature and stress fields during selective laser melting process of Al–Mg–Sc–Zr alloy

A 3D finite element model was established to investigate the temperature and stress fields during the selective laser melting process of Al–Mg–Sc–Zr alloy. By considering the powder–solid transformation, temperature- dependent thermal properties, latent heat of phase transformations and molten pool convection, the effects of laser power, point distance and hatch spacing on the temperature distribution, molten pool dimensions and residual stress distribution were investigated. Then, the effects of laser power, point distance and hatch spacing on the microstructure, density and hardness of the alloy were studied by the experimental method. The results show that the molten pool size gradually increases as the laser power increases and the point distance and hatch spacing decrease. The residual stress mainly concentrates in the middle of the first scanning track and the beginning and end of each scanning track. Experimental results demonstrate the accuracy of the model. The density of the samples tends to increase and then decrease with increasing laser power and decreasing point distance and hatch spacing. The optimum process parameters are laser power of 325–375 W, point distance of 80–100 μm and hatch spacing of 80 μm.     

Fine-structured aluminium products with controllable texture by selective laser melting of pre-alloyed AlSi10Mg powder

This study shows that AlSi10Mg parts with an extremely fine microstructure and a controllable texture can be obtained through selective laser melting (SLM). Selective laser melting creates complex functional products by selectively melting powder particles of a powder bed layer after layer using a high-energy laser beam. The high-energy density applied to the material and the additive character of the process result in a unique material structure. To investigate this material structure, cube-shaped SLM parts were made using different scanning strategies and investigated by microscopy, X-ray diffraction and electron backscattered diffraction. The experimental results show that the high thermal gradients occurring during SLM lead to a very fine microstructure with submicron-sized cells. Consequently, the AlSi10Mg SLM products have a high hardness of 127 ± 3 Hv0.5 even without the application of a precipitation hardening treatment. Furthermore, due to the unique solidification conditions and the additive character of the process, a morphological and crystallographic texture is present in the SLM parts. Thanks to the knowledge gathered in this paper on how this texture is formed and how it depends on the process parameters, this texture can be controlled. A strong fibrous 〈1 0 0〉 texture can be altered into a weak cube texture along the building and scanning directions when a rotation of 90° of the scanning vectors within or between the layers is applied.     

选区激光熔化成型316L不锈钢微观组织及拉伸性能分析

选区激光熔化技术在复杂零部件的制造领域显示出强大的优势,但打印件的组织与综合性能还有待于进一步优化。采用选区激光熔化技术制备了316L不锈钢的拉伸试样,分析了试样不同区域的组织特征,测试了其拉伸力学性能。结果表明,其组织形貌主要为胞状晶,但在某些"微熔池"内晶粒生长方向不相同,近乎于相互垂直,从而在同一视野中呈现出典型的细小柱状晶(亚晶)和近似六边形"胞晶"共存的组织特征。试样的抗拉强度与传统工艺相比有较大提高,但延伸率有所降低。这主要是由于选区激光熔化是快速熔化与冷却凝固的过程,其选区熔化的特征使得不同区域的激光入射角度、选区熔化扫描方式、"熔池"散热条件各不相同,导致不同区域呈现复杂的结晶过程,形成不同特征的微区组织。由于冷却速度较快,所得细小柱状晶的直径为亚微米级,致密分布,显著提高了材料的抗拉强度。但由于晶粒生长明显的方向性,使得拉伸过程中晶粒在不同方向的塑性变形不均匀,相互牵制,加之熔合线界面处不可避免的内应力,导致延伸率降低。     

准分子激光微加工与熔覆特性的研究进展

介绍了准分子激光微加工的机理、特点和应用。激光微加工具有非接触、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率等优点。既可以通过材料去除方式，也可以通过材料加成方式进行微加工成形。探讨了准分子激光的熔覆特性，实验表明：准分子激光瞬时产生很高的功率密度，具有很高的温度梯度。在基体表面发生剧烈的光热交互作用；同时产生巨大的光压和等离子体．形成大量等离子体小颗粒，沉积在熔池周围。另外，由于准分子激光的脉冲作用，熔池中有明显的液相冲击波纹会影响激光熔覆层的表面质量，可以通过优化激光工艺参数改善熔覆层的表面质量。     

1Cr18Ni9Ti激光选区熔化成形工艺参数对致密度的影响

采用正交试验,结合典型缺陷形成原因和微观组织,研究了激光选区熔化成形工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)对1Cr18Ni9Ti不锈钢致密度的影响,分析了各工艺参数对致密度的影响规律。结果表明,粉末熔化的能量输入密度主要取决于激光功率和扫描速度;在激光功率325~340 W、扫描速度1 000~1 200 mm/s、扫描间距0.12 mm的工艺参数下,SLM技术可制备致密度高于99.9%的1Cr18Ni9Ti不锈钢零件。采用优化后的SLM工艺参数成形1Cr18Ni9Ti不锈钢试棒的力学性能优于QJ501A-98标准,抗拉强度Rm≥709 MPa,屈服强度Rp0.2≥547 MPa,断后伸长率A≥41%。