激光增材制造技术专利概况

对激光增材制造技术的政策背景、技术发展现状及其专利概况进行了研究,从技术的构成、技术特点以及专利技术方面进行了调查,并重点在专利技术领域分类、专利申请趋势、申请国别、国外和国内重要申请人和发明人、专利侵权国别分布、专利诉讼主要申请人等方面进行了专利分析,明晰了我国激光增材制造的全球定位,找准薄弱环节,为国内相关产业链提供了有力的支持和决策建议。     

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。     

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。     

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....     

面向激光增材制造的轻量化设计及适航分析

激光增材制造作为推进制造业迅猛发展的关键技术之一,极高的成形自由度使其在航空航天等重大装备领域发挥着重要的作用。随着碳中和、碳达峰理念的普及,绿色制造技术的发展程度决定着该行业在未来的国际竞争力,激光增材制造技术作为典型的绿色制造技术,可以极大程度上提高材料的利用率。提出面向增材制造材料许用值及设计值开发的适航分析思路,阐述基于轻量化设计的激光增材技术的发展及应用现状,分析激光增材制造技术在民航领域发展存在的挑战,为基于激光增材制造的轻量化设计技术在民航领域的发展提供一点思路。     

激光熔丝增材制造温度场的红外热像监测

为实现对增材制造成形件的精确控形控性，必须要对其热过程有一定科学认识。以真空环境下激光熔丝增材制造单道成形为例，利用红外热像技术对其热过程进行监测。比较分析送丝速度对温度场、热循环、冷却速率的影响规律，利用红外热分析对其成形熔敷道宽度及缺陷开展研究。结果表明:借助红外热像可实现对熔敷道温度场变化的监测，沿熔敷道长度成形方向，监测点对应最高温度和冷却速率分别呈现升高和降低趋势。随着送丝速度的增加，熔敷道长度1/4、2/4、3/4处监测点对应的冷却速率随之减小。此外，基于红外热分析可实现对熔敷道宽度预测以及对缺陷位置的定位。     

点阵结构热交换器激光增材制造及换热性能测定

采用激光粉末床熔化成形增材制造技术制备了具有点阵结构的316L不锈钢、TC4钛合金和铜合金三种不同材料的热交换器。采用微纳计算机断层扫描(CT)技术对制备成形后的点阵结构热交换器进行三维图形的重构,获得热交换面积的数值;测量了激光粉末床熔化成形的点阵结构热交换芯体的尺寸及表面粗糙度;使用由加热单元、流动水和热电偶组成的试验装置(水流量为0.5 L/min,入水口温度恒定为22℃,环境温度为25℃,加热单元的加热功率维持在400 W),对热交换器的换热性能进行了测定。测试结果如下：三种材料的热交换芯体尺寸均达到了150 mm×150 mm,尺寸精度控制在±0.1 mm,表面粗糙度(R_a)小于10μm,热交换效率>1000 m²/m³。相比传统的具有相同芯体尺寸的热交换效率为875 m²/m³的板翅式热交换结构,三种材料的点阵热交换结构(具有相同点阵结构、尺寸、结构表面积和结构表观体积,未考虑材料的热物性参数)在热交换效率提高10%的情况下,体积减小了24.9%,质量减少了6...     

激光清洗对增材制造5A06铝合金的影响

铝合金因其优异的性能具有广泛的应用前景。但在增材制造中,铝合金的高温熔化,在每层金属之间形成氧化膜,对材料的力学性能产生恶劣影响。激光清洗工艺可以有效去除每层合金之间的氧化膜,提高材料整体的力学性能。结果表明：通过激光共聚焦显微镜的观察,激光清洗后5A06铝合金表面形貌平整。通过表面元素检测,5A06铝合金表面氧元素质量从19.85%下降到1.74%,氧化膜被去除。对激光清洗后的5A06铝合金进行力学性能测试,未经过激光清洗和经过激光清洗的材料表面硬度相差不大,约为85 HV。未经过激光清洗的5A06铝合金试样拉伸强度为268.833 MPa,经过激光清洗的5A06铝合金试样拉伸强度为293.5 MPa,拉伸强度的提升说明激光清洗有效改善了力学性能。     

激光增材连接TA15钛合金显微组织及力学性能研究

针对某大型复杂整体钛合金构件的激光增材制造,开展了激光增材连接TA15钛合金结构样件的制备,分析了整个结合区的组织及力学性能。结果表明：激光增材连接TA15钛合金结合区的冶金质量良好,连接区的凝固组织是从母材本体外延生长的粗大β柱状晶,显微组织是与母材本体基本相同的超细α+β网篮组织。从低倍照片中可观察到连接区与母材本体的分界线,但高倍金相照片中表面分界线两侧钛合金的显微组织无明显差异。对结合区不同方向的室温拉伸、室温冲击和室温断裂韧度性能进行了测试,并与母材本体的相应性能进行了对比,发现激光增材连接TA15钛合金结合区的力学性能可达到母材本体性能的100%,结合区横向的室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性和断裂韧性分别为1046 MPa、7.2%、33.17 J/cm²和78.2 MPa·m^1/2。该结果表明激光增材连接工艺可用于大型整体钛合金构件的高性能制造。     

激光同轴送粉增材制造TiAl合金的性能

将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉和铌粉进行机械混合,然后采用激光增材制造工艺成功制备出γ-TiAl合金样品,研究了激光功率、扫描速率和送粉量对沉积成形的影响规律,分析了沉积层的显微组织、相组成、断口形貌及沉积层的硬度分布。研究结果表明:随着激光功率增大,沉积层宽和层高均增大;随着扫描速率增大,沉积层宽和层高均减小;随着送粉量增大,沉积层的宽度增大,沉积层的高度基本不变;最佳工艺参数下得到的沉积试样成形良好,无冶金缺陷存在,沉积层由大量γ相和少量α_2相组成;沿沉积试样Z方向的室温压缩屈服强度为905 MPa,抗压强度为1542 MPa,压缩率14.7%,抗拉强度为425 MPa,断后伸长率为3.3%;压缩试样和拉伸试样的断口均为准解理断口。     

Mo对激光增材制造NiCrSi合金组织和耐磨性的影响

针对核工业阀门材料Deloro40镍基合金耐磨性急需改善的问题,采用激光增材制造技术通过添加不同质量分数的Mo元素,探究Mo元素对Deloro40镍基合金组织和耐磨性的影响。结果表明,Mo元素的添加促进了Mo₂C、Mo₂O和Ni₃Si₂物相的生成。随着Mo元素的增加,晶粒尺寸细化和组织中生成的硬质相Mo₂C使合金硬度得到提高;试样磨损率均呈现先增加后减小的趋势,在摩擦过程中生成的MoO₂起到润滑作用,降低磨损率。当添加5%Mo试样时,在25℃和400℃工况下合金均表现出优异的耐磨性。     

增材制造TC4钛合金在激光抛光前后的电化学腐蚀性能

对表面已进行喷砂处理的增材制造TC4钛合金在氩气环境下进行激光抛光实验,通过极化曲线测试研究了抛光前、后钛合金的耐蚀性,并结合表面粗糙度、晶粒尺寸、表面残余应力以及显微组织分析了激光抛光对TC4钛合金耐蚀性的影响。研究结果表明:抛光钛合金的自腐蚀电位与自腐蚀电流密度均大于未抛光钛合金,说明抛光钛合金相比于原始钛合金的被腐蚀倾向更小,但其一旦受到腐蚀,腐蚀速率会略大于原始钛合金。自腐蚀电位的升高源于钛合金表面粗糙度的降低,自腐蚀电流密度的增大则是因为表面晶粒的细化以及残余拉应力的存在。     

金属材料的激光增材制造微观组织结构特征及其影响因素

激光增材制造(LAM)涉及了复杂的热作用加工过程,在该工艺下制备的多层结构成形件也具有复杂的微观组织结构特征.而成形件的微观组织结构特征决定了其机械性能,优化微观组织结构特征是进一步实现机械性能的精确调控的关键所在.本文综述了LAM多层结构成形件的微观组织结构特征,总结了其微观组织结构特征演变的影响因素,为实现LAM多...     

激光增材制造工艺参量对熔覆层残余应力的影响

为了探究工艺参量对激光增材制造熔覆层残余应力影响规律，采用数值模拟及实验验证相结合的方法，取得了激光增材制造熔覆层截面深度方向上沿扫描路径y方向和垂直扫描路径x方向上残余应力的分布规律，并在此基础上进行了不同工艺参量对y方向和x方向应力场影响分析。结果表明，在一定参量范围内，随着熔覆层深度的增加，y方向残余应力均表现为拉应力，呈现先增大后降低趋势，在熔覆层顶部约0.2mm处存在最大拉应力为262MPa；x方向由压应力逐步转变为拉应力，其略小于y方向应力值；随着激光功率的增大，x方向残余应力逐渐增大，y方向残余应力逐渐降低；随着扫描速率的增大，x方向的残余应力将随之减小，而y方向的残余应力将随之增大；随着送粉量的增大，x方向和y方向的残余应力均将随之增大。此研究为降低激光增材制造熔覆层残余应力及工艺参量优化选择提供了指导。