北理工院士团队采用国产多激光金属3D打印装备制备出高铁刹车盘北大核心

由于增材制造技术制备的零件具有较大残余应力,因此大型零件的增材制造仍然存在困难。北京理工大学、装甲兵工程学院装备再制造国家重点实验室、新加坡国立大学等科研院所的研究人员提出了一种工艺、结构和性能相结合的方法来控制零件成形质量,并以高铁制动盘作为验证实例,采用多激光-选区激光熔化(ML-SLM)制备了大尺寸产品,探究了工艺参数优化、力学性能分布、结构设计等。     

3D打印钛合金薄壁构件的研究进展

钛合金薄壁构件具有质量轻、结构紧凑等优势,然而因其轴向尺寸大、壁厚薄和形状复杂等几何特征,传统成形技术在成形薄壁构件时流程长、工艺复杂,严重限制了钛合金薄壁构件的应用。金属粉床3D打印技术可快速成形复杂异形零部件。为此,对电子束选区熔化技术(SEBM)和激光选区熔化技术(SLM)的成形能力和成形钛合金薄壁构件的微观组织、力学性能和表面粗糙度进行综述,并分析3D打印高性能精密复杂整体钛合金薄壁构件的发展趋势,为轻量化钛合金薄壁构件在高端装备上的应用提供参考。     

激光选区熔化成形S136模具钢热处理组织和性能研究

激光选区熔化是非平衡凝固过程,成形过程会产生热应力及组织应力,造成金属零件开裂、变形等缺陷,后期热处理是改善激光选区熔化金属零件微观组织和提升性能的有效手段。本文研究了后期热处理参数（热处理温度、保温时间及冷却方式）对激光选区熔化成形的S136模具钢零件微观组织和性能的影响。结果表明:最优热处理参数为1050℃,保温30 min,水冷。在最优热处理工艺下S136模具钢试样洛氏硬度达到HRC 53.7,比热处理之前提高了8.6%,洛氏硬度标准差比热处理之前降低了37.14%,硬度均匀性得到显著改善;试样的耐磨性、最大显微硬度和最大弹性模量比热处理前分别提升33.5%、3.3%和8.6%;试样的熔池形态鳞状形貌结构消失,碳化物相CrFe₇C_0.45溶解,组织均匀,基本呈现各向同性特征。     

选区激光熔化成形GH4169合金研究现状

介绍了选区激光熔化成形GH4169合金存在的球化、孔洞等常见缺陷的形成机理及工艺控制现状,重点分析了激光功率、扫描速率、铺粉厚度等工艺参数对选区激光熔化成形GH4169合金成形件组织性能的影响规律,以及热处理、颗粒增强等组织性能调控手段对选区激光熔化成形GH4169合金组织性能影响。从工艺控制、材料强化设计等方面对选区激光熔化成形GH4169合金进行展望,认为利用选区激光熔化成形技术开展颗粒增强GH4169复合材料的设计与成形是进一步提升选区激光熔化成形GH4169合金性能的有效途径。     

外加物理场对激光熔化沉积内部缺陷控制

激光熔化沉积技术是基于“分层—叠加”原理,在高能激光束作用下、按照预定的路径,将同步送给的 金属粉末逐层熔化并快速凝固成形的先进制造技术,具有成形精度高、加工柔性好、内部组织均匀、力学性能 优异、适用难加工金属材料制备等优点,在航空航天等领域具有广阔的应用前景。但是激光熔化沉积过程中 容易产生未熔合、微裂纹、气孔等缺陷,限制了这项技术的大规模应用。其中,激光熔化沉积构件的微观组织 存在明显的各向异性,沉积过程中的快速加热和冷却使构件内部产生较大的残余应力从而导致其变形和开 裂。学者就如何改善激光熔化沉积构件的内部缺陷进行了广泛研究。因此,综述了通过在成形过程中外加温 度场、超声场、电磁场以及复合场的方法改善激光熔化沉积制件的内部组织和性能,以期为激光熔化沉积构件 综合性能的提高提供指导。     

镍铬合金选区激光熔化成形非水平悬垂结构的工艺策略试验研究

非水平悬垂结构是选区激光熔化(SLM)成形复杂零件中较为典型的结构,其成形缺陷如翘曲变形、悬垂物、挂渣等较多,故研究悬垂结构选区激光熔化(SLM)成形中的工艺缺陷,改变和优化工艺策略,提高悬垂结构打印的精度和质量,对SLM技术的大规模推广和应用具有积极的作用。研究了选区激光熔化成形试验中,在极限成形角度附近,不同激光功率(100, 150, 200 W)和不同扫描策略如线扫描、棋盘扫描、条形扫描策略下,镍铬合金钢成形悬垂结构的精度和表面质量。根据不同策略的比较结果,提出了"回"字形完全填充扫描策略,并进行了试验验证。试验表明:镍铬合金钢在极限成形角度附近成形的悬垂结构,能够保证良好的成形精度和工艺效果,基本避免了翘曲、悬垂物等缺陷的产生。比较明显的成形缺陷有表面未熔缺陷和上下悬垂面挂渣缺陷,这些缺陷严重影响了表面粗糙度和成形精度,采用缩小点距、线间距的"回"字形完全填充扫描策略可获得最低的表面粗糙度值和较好的成形效果。     

激光选区熔化成形技术制备高温合金GH4169复杂构件

本文采用激光选区熔化成形(Selective Laser Melting,SLM)技术制备了高温合金GH4169复杂结构件。研究了不同成形方法和不同成形工艺条件对构件的影响,并对构件力学性能、成形尺寸、成形周期、表面粗糙度进行表征。结果表明:选择倾斜45°角生长时,构件在生长过程中的应力较小,未出现应力开裂的现象且表面缺陷减少;光斑补偿值0.06 mm效果最佳,样件表面较光滑,基本无凹凸缺陷;在光斑补偿值0.06mm、零件倾斜45°生长的GH4169合金复杂构件,其样件的力学强度、延展性能明显优于铸件,并且尺寸精度高、成形周期短、粉末利用率高,表面粗糙度较低(Ra≤1.6μm)。     

选区激光熔化成形Al系高熵合金的研究进展

高熵合金打破传统合金设计的桎梏,以其优异的性能成为21世纪热点材料之一,其中Al系高熵合金尤为突出。选区激光熔化技术(Seletive Laser Melting,SLM)是一种可以直接制造出复杂三维金属零件的增材制造技术,无需制作模具,省去了模具设计和制造的时间,极大地缩短了产品研发周期,节约了研发成本,具有可行的经济效益,在挖掘新型合金的性能及应用潜力方面有得天独厚的优势。综上,将选区激光熔化技术应用到高熵合金的制备可谓是"强强联合"。本文将详细介绍近年来选区激光熔化技术在Al系高熵合金制备方面的研究成果,评述Al系高熵合金的组织特征和性能提升的研究进展,指出当前选区激光熔化Al系高熵合金研究的重点和难点,并基于此,展望未来选区激光熔化成形高熵合金的研究、应用以及发展。     

激光增材制造技术制备高熵合金研究进展

介绍了激光增材制造高熵合金的工艺方法,从成形工艺、合金元素含量（摩尔分数）、热处理工艺和增强相添加等几个方面综述了国内外激光增材制造高熵合金的研究进展,分析了激光熔化沉积和选区激光熔化成形两种主要激光增材制造技术,以及两种技术制备高熵合金的微观结构和力学性能,指出了高熵合金激光增材制造技术的发展趋势及存在的主要问题,并提出了改进措施。     

激光选区熔化成形铝合金及其复合材料的研究现状与展望北大核心

铝合金及铝基复合材料具有比强度高的优点,完美地契合了工业领域对零件轻量化的要求。随着现代工业的发展,各领域对具有复杂结构零件的需求越来越多,而传统加工方法难以制备成形。激光选区熔化技术不仅可实现金属零件的一体化近净成形,且不受零件复杂形状结构的限制,在航空航天与先进交通等工业领域有着广泛的应用前景。本文总结了近几年国内外激光选区熔化成形铝合金及铝基复合材料的研究,重点介绍了激光选区熔化成形的几种典型铝合金体系及铝基复合材料的微观组织、力学性能及强化机理。最后,简要概述了目前存在的问题以及未来的发展趋势。     

重熔工艺对激光选区熔化Ti-1Al-8V-5Fe合金组织及性能的影响

为消除传统铸造加工生产的Ti-1Al-8V-5Fe(Ti185)合金中的β斑,采用激光选区熔化技术使大粒径Ti185合金粉末成形,通过重熔工艺对激光选区熔化Ti185合金进行优化,并对重熔前后成形样品的顶部、中部、底部三个位置进行了组织和力学性能分析。结果表明,激光选区熔化成形的Ti185样品中存在宏观裂纹,而重熔工艺能有效抑制该裂纹的产生。激光选区熔化和重熔优化成形样品的显微组织均由等轴β相组成,且等轴晶粒的内部存在亚晶结构。通过重熔优化后的激光选区熔化成形样品的最高抗压强度为2 127±120 MPa,断裂应变为21%±5%,压缩性能相比重熔前的样品有所下降。     

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg拉伸性能影响因素

利用不同成形工艺、原料粉末和热处理制备激光选区熔化3D打印AlSi10Mg试样并进行拉伸性能研究,讨论了影响激光选区熔化3D打印AlSi10Mg拉伸性能的影响因素,包括3D打印成形工艺、粉末物理性能、热处理制度等.结果表明:激光能量密度通过影响试样相对密度进而对拉伸性能产生影响,能量密度过低时,试样孔洞大多分布在熔池交...     

环形薄壁类粉末冶金零件压坯残余应力分析

针对环形薄壁类粉末冶金零件压坯的残余应力进行分析,采用修正的Drucker-Prager Cap弹塑性本构模型对金属粉末压坯压制、卸载和脱模过程进行数值模拟,同时考虑不同零件压坯几何参数(高径比和厚径比)以及压制工艺条件(摩擦条件和脱模角度)对压坯内残余应力的影响.研究结果表明,压坯脱模后的残余应力分布规律是压坯侧表面出现明显的压应力层,内部为拉应力区域,且越靠近压坯中心值越小.随着高径比和厚径比的增加,其残余应力逐渐减小;随着摩擦系数的增加,压坯表面的轴向残余压应力不断增大且压坯内部的拉应力也不断加大;适当增加脱模角度有利于压坯内应力释放而减小残余应力.通过正交模拟试验及方差分析可知,厚径比和脱模角度对金属粉末成形脱模后压坯残余应力影响更为显著.     

选区激光熔化ZL116组织与力学性能研究

ZL116合金广泛应用于航空航天领域高强度、高耐蚀性复杂零件的制备，伴随着装备向着整体化和多功能化发展，传统铸造等工艺难以满足该类零件的制备需求，以选区激光熔化成形技术(SLM)为代表的增材制造工艺基于离散-堆积的成形原理，在复杂零件的制备上具有显著的优势，目前关于SLM成形ZL116合金组织性能的研究较少。实验开展了SLM成形ZL116组织与力学性能研究，为SLM成形ZL116复杂零件提供理论支撑。采用SLM成形了ZL116试样，通过OM、SEM等表征手段分析了成形试样组织形貌，测试了成形试样的室温拉伸性能和疲劳性能。结果表明（：1）SLM成形ZL116铝合金组织为底部向顶部外延生长的柱状晶，晶界上弥散分布细小硅颗粒（；2）合金力学性能存在各向异性，平行于成形方向拉伸性能较差（；3）合金的抗拉强度可达340 MPa，伸长率超过10%，硬度达110 HB，疲劳极限强度为185 MPa。     

粉末床熔融成形铜及铜铬系合金研究进展

近年来,越来越多的研究报道了粉末床熔融成形技术。这一技术通过热源扫描熔化粉末,逐层堆积直接成形复杂三维金属零件结构,能够极大地缩短产品生产周期,提高生产效率,特别是在选区激光熔化（SLM）以及选区电子束熔化（SEBM）制备铜及铜铬系合金方面取得了很大的突破。本文综述了粉末床熔融成形技术的基本原理和优势,以及在增材制造（AM）技术中,铜系材料打印存在的主要困难。介绍了不同制备方法对材料性能的影响,重点对比了SLM工艺在铜系金属上的高反射率问题,进而阐明提高铜对激光的吸收率是该成形技术的研究重点,以及SEBM工艺在铜系金属中存在的表面粗糙度问题的重要性。探讨了更为前沿的一种电子束-激光符合选区融化（EB-LHM）技术,虽然其工艺更复杂但能结合不同打印方法提升性能。探讨了不同成形工艺对材料微观结构和力学性能的影响,并对材料的打印方式进行了评价。最后对目前该领域存在的问题和未来的研究方向进行了展望。     

选区激光熔化成形工艺参数对Fe20Cr5Al合金致密度和力学性能的影响

采用选区激光熔化(selective laser melting, SLM)成形技术进行3D打印,制备用于汽车尾气净化器载体的Fe20Cr5Al合金材料,采用响应曲面实验设计,系统研究打印参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)与打印件致密度的关系,获得SLM成形参数与致密度的关系模型以及成形参数与力学性能的关系模型,并获得最佳的SLM成形工艺参数。结果表明,SLM工艺参数对打印件致密度的影响程度按从大到小依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最佳的SLM成形工艺参数为:激光功率314.8 W、扫描速度1 700 mm/s、扫描间距0.06 mm,在此工艺参数下相对密度的预测值为99.74%,这与SLM成形实验结果的平均误差仅为0.16%,模型具有较高的可靠性,在优化工艺参数下的平均实际相对密度达到99.58%,抗拉强度为616.44 MPa,伸长率为1.513%。     

超大3D打印钛合金复杂零件在昆明理工大学诞生

正9月7日,经过200多个小时的持续工作,一个接近设备成形空间极限的超大尺寸钛合金复杂零件在昆明理工大学增材制造中心试制成功。该钛合金复杂零件尺寸达250 mm×250 mm×257 mm,零件及支撑总质量超过21 kg,是迄今为止利用激光选区熔融方法成形的最大单体钛合金复杂零件。激光选区熔融是金属3D打印方法中的一种,它以激光为热源,依照零件离散后的形状数据对铺好的金属粉末进     

增材制造制备钨及钨合金材料研究进展

钨及钨合金具有熔点高、硬度大、高温强度高等优异性能，广泛应用于航空航天、国防军工、核工业、医疗放射屏蔽材料、电子等领域。增材制造（additive manufacturing, AM）是制备复杂结构钨及钨合金成形件的有效方法。激光选区熔化（selective laser melting, SLM）和电子束选区熔化（selective electron beam melting, SEBM）是制备钨及钨合金常用的两种AM技术，主要围绕原料粉末、成形工艺、合金化和后处理等因素对钨及钨合金成形件的致密度、微观组织、力学性能和缺陷等角度开展研究。由于纯钨的表面张力大、粘度大、润湿性差，纯钨成形件中易出现球化现象、裂纹和气孔3种缺陷，阐述了缺陷形成机制及解决措施。从材料体系、制备工艺、材料性能和数值模拟方面对未来SLM和SEBM技术制备钨和钨合金成形件的发展方向进行了展望，以期建立工艺参数-微观组织-缺陷特征-力学性能的内在联系，快速实现成形工艺的调控和优化。     

一种板材小圆角胀压复合成形工艺解析

针对薄壁板材零件小圆角特征成形制造难的问题,提出了一种新型胀压复合成形工艺.其关键工艺参数为:预成形高度、预成形凹圆角大小和终成形胀形压力与背压凸模运行速度匹配关系.预成形高度决定了终成形小圆角的材料储备,预成形凹圆角的最佳值为充液拉深时凸模圆角可取的最小值,通过理论分析给出了预成形高度和预成形凹圆角的计算方法.建立了胀压复合成形过程力学模型,通过应力状态分析给出了不同胀形压力与背压凸模运行速度匹配关系下坯料圆角区变形状况.同时基于有限元模拟和工艺试验,研究了预成形高度和终成形胀形压力与背压匹配路径对试验件成形质量的影响,验证了理论分析的准确性,并证明了该新工艺的适用性.      

整体式侧围冲压成形仿真过程中影响因素窗口分析

整体式侧围外板是汽车覆盖件中形状复杂、尺寸大以及表面质量要求高的零件。由于零件的材料厚度薄、各区域变形状态和变形量差异大,其冲压过程的拉深变形容易受材料性能、形状尺寸、模具状态、接触润滑和工艺参数的影响而产生成形缺陷。尤其在模具状态和工艺参数一定的情况下,其成形性对材料性能参数变化较为敏感。因此采用数值模拟技术对左侧围外板零件成形过程进行大量的成形仿真,考虑多个重要影响因素对板料成形性能的影响,以确定此零件冲压成形时易失稳部位的关键影响参数,并确定该零件材料参数和冲压工艺参数窗口。