CuCrZr合金选区激光熔化成形工艺与力学性能研究

为获得结构致密的CuCrZr合金部件,通过响应曲面和方差分析相结合的方法,探究选区激光熔化主要成形工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和铺粉层厚)对合金化CuCrZr粉末成形致密度的影响规律,并对其显微组织、物相和力学性能展开分析。结果显示：激光功率是最主要的影响因素,增大激光功率可显著提高成形致密度;在铺粉层厚0.02 mm,激光功率170 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距0.04 mm的工艺组合下,获得最高致密度为96.8%。在此工艺下成形出的CuCrZr合金试样屈服强度为(176.7±2.1) MPa,抗拉强度为(244.7±1.2) MPa,延伸率为29.4%±0.9%。     

选区激光熔化激光功率对316L不锈钢熔池形貌及残余应力的影响

针对选区激光熔化(SLM)工艺参数的匹配性对成形质量的影响,选取三种激光功率在不同的扫描速度和扫描方式下进行实验,研究了激光功率对熔池形貌及残余应力的影响。结果表明:随着激光功率增大,熔池的几何尺寸和成形件中的残余应力均变大。这主要是因为在上述参数序列下,随着激光功率增大,热流密度增大,相同层厚与截面下的温度梯度增大,熔池温度升高,熔池尺寸变大,从而导致成形件熔融时的晶面夹角及晶界间距较大,进而产生了较大的热应力,成形件冷却凝固后的残余应力过大。在实际应用中,通过合理设计匹配的工艺参数,可以得到较适合的熔池几何尺寸(即较合理的温度梯度分布),从而减小热应力,进而减小残余应力,得到成形质量较高的SLM工件。     

激光选区熔化TC4钛合金工艺参数对成形件表面质量的影响

采用正交试验,研究在选区激光熔化快速成形的过程中,激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h以及扫描间距s4个参数对TC4钛合金成形件上表面粗糙度、侧面粗糙度和表面硬度的影响规律。研究表明,4个参数对上表面粗糙度影响的重要次序为激光功率、扫描速度、铺粉厚度、扫描间距;对侧面粗糙度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描速度、扫描间距;对表面硬度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描间距、扫描速度。试验可得形成TC4成形件表面质量的最佳工艺参数为：激光功率200 W,扫描速度600 m/s,铺粉厚度0.04 mm,扫描间距0.06 mm。     

选区激光烧结PS/PMMA成形工艺优化与性能研究

为改善聚苯乙烯(PS)粉选区激光烧结出来的制件强度与精度低的问题，通过添加聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉末制备PS/PMMA复合粉。以制件尺寸精度、抗拉强度为指标，选取分层层厚、扫描速度、激光功率、扫描间距进行正交试验，采用极差分析法进行成形工艺优化与性能研究。结果表明，选区激光烧结PS/PMMA复合粉末烧结件尺寸精度的最优工艺参数组合为预热温度101℃、扫描速度4 m/s、激光功率20 W、扫描间距0.25 mm、分层厚度0.24 mm。该工艺参数组合下PS/PMMA复合粉末烧结的X、Y、Z三向尺寸精度分别可达到0.004、0.033、0.020。经力学性能分析，选区激光烧结PS/PMMA较激光选区烧结PS的抗拉强度提高2.4%。     

316L不锈钢粉末选区激光熔化成型致密化研究

为了研究选区激光熔化所加工的316L不锈钢成型件的致密度与工艺参量之间的关系,在自主研发的选区激光熔化成型设备DiMetal-280上,采用316L不锈钢粉末,用层间互错扫描方式以及不同扫描间距、扫描速率和扫描功率成型若干样块;在显微镜下观察样块形貌加以分析,并采用排水法测试样块致密度。结果表明,在合适工艺范围内,采用层间互错扫描方式有利于提高致密度;随着扫描间距的增大,熔道间搭接方式发生变化,致密度会减小;当扫描速率过小或过大时,致密度会减小;在加工初期时的实际铺粉厚度的变化也会导致致密度减小。该研究为进一步提高316L不锈钢选区激光熔化成型件的致密度奠定了基础。     

金属粉末选区激光熔化成形表面粗糙度预测及控制方法研究

为了分析选区激光熔化过程中工艺参数对成形件表面形貌的影响,首先基于SLM125HL打印机采用不同激光功率、扫描速度将316L不锈金属粉末打印成斜六面体试样,采用场发射扫描电镜和三维形貌仪实测了不同工艺参数下斜六面体不同位置表面微观形貌和表面粗糙度,分析了工艺参数对表面成形缺陷和粗糙度的影响。另外考虑熔道宽度、扫描间距、粉末直径以及粘粉和成形角度的影响,给出了不同位置表面理论粗糙度预测模型,在此基础上给出了表面质量和表面粗糙度控制策略。研究结果表明:熔道宽度与激光功率成正比,与扫描速度成反比,与线能量密度成正比,熔宽越大则上表面粗糙度越小;激光功率越大,侧表面温度越高,会导致侧表面与粉末床接触区域出现愈加严重的粉末球化、粘粉现象,成形件侧面粗糙度越大。     

光纤激光直接快速成型3l6L不锈钢精密零件研究

为了研究光纤激光在选区激光熔化直接成型316L不锈钢精密零件中的应用,采用扩束镜及f-θ透镜,将光纤激光在成型系统工作面上聚集成30μm~50μm左右的细微聚焦光束;通过分析离焦量、扫描速度、激光功率、扫描路径对比成型实验,获得了激光光斑直径、扫描速度、激光功率等工艺参量及扫描路径对成型精度的影响关系。结果表明,通过优化工艺参量及扫描路径,可成功成型壁厚达0.1mm的316L不锈钢精密零件。     

铜基金属粉末选区激光烧结的工艺研究

优化工艺参数（激光功率275～1125W，扫描速率0．04～0．06m／s，扫描间距0．15～0．30mm），对多组份铜基金属粉末（组份包括纯Cu，预合金CuSn和预合金CuP）进行了选区激光烧结（SLS）实验，其成形机制为粉末部分熔化状态下的液相烧结机制。在保证适宜的成形机制的前提下，研究了激光功率、扫描速率、扫描间距、铺粉厚度等工艺参数对烧结组织及性能的影响。结果表明，适当增加激光功率或减小扫描速率能改善烧结致密度及组织连续性。减小扫描间距致使烧结线从断续分布连续转变为较为平整的结合状态，组织致密性及均匀性显著提高。减小铺粉厚度有利于改善层问结合性；但最小铺粉厚度需适当选择，否则会因凝固收缩效应及铺粉不均匀性而降低烧结致密度。     

基于响应面法的聚苯乙烯粉末选择性激光烧结成型工艺参数优化

以聚苯乙烯粉末为实验材料,以尺寸精度作为评价指标,研究了激光功率、扫描间距、单层厚度、扫描速度及它们的交互作用对选择性激光烧结制件成型精度的影响,通过响应面法建立了工艺参数与尺寸精度之间的数学模型,得出了最优的工艺参数。研究结果表明,尺寸偏差率随激光功率与扫描速度的增大而减小,随单层厚度的增大先增大后减小,随扫描间距的增大而增大;激光功率和单层厚度及扫描间距和单层厚度的交互作用对尺寸偏差率影响较显著;响应面预测值与实际值最大误差低于7%。     

316L选择性激光烧结参数对烧结件性能的影响

在金属零件制造过程中采用选择性激光烧结方法,金属零件的性能会受多种因素的影响,而影响因素主要有激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉层厚。文中采用单因素实验方法研究了316 L和环氧树脂粉末间接烧结方法。并通过测量烧结件的压缩强度和尺寸精度,得出不同影响因素对烧结件质量的影响规律。烧结件强度随激光功率的增大、扫描速度的减小而增大,随扫描间距的增大、铺粉层厚的增大而减小;烧结件尺寸精度随激光功率增大、扫描速度的减小而降低,随扫描间距的增大、铺粉层厚的增大而提高;而烧结件表面粗糙度,随铺粉层厚的增大而提高。     

激光淬火工艺参数对40Cr钢淬硬层深的影响

用5kWCWCO2激光器对40Cr钢进行了激光淬火试验,探讨激光工艺参数对淬硬层深的影响。结果表明,激光功率增大、扫描速度降低、激光束重叠尺寸增大,则淬硬层深增大,且扫描速度比激光功率的影响更大。40Cr钢在功率1000～1200W,扫描速度15～30mm/s,激光束重叠尺寸1.0～1.5mm的工艺条件下淬火,可获得不小于0.35mm的平均淬硬层深。     

Fe-C混合粉末激光烧结成形致密度分析

分析了金属粉末激光选区烧结成形过程致密化机制。选择不同的参数对Fe-C混合粉末进行了激光烧结成形实验,根据烧结件微观结构分析了金属粉末的致密化机制,根据致密度数据分析成形参数与致密度的关系建立了数学模型。结果表明,Fe-C混合粉末在低功率激光作用下部分粉末熔化形成液相,在液相的参与下粉末通过重排、溶解沉淀导致致密化。成形参数对致密度的影响归结于烧结过程中产生的液相量,激光功率的增加、扫描间隔的减小、扫描速度的降低和切片层厚的减少都会提高烧结件的致密度。     

铜磷合金粉末选区激光熔化成型研究

为了应用选区激光熔化技术直接制造金属零件,采用Dimetal 240快速成型机对平均直径为75μm的铜磷合金粉末进行了工艺试验。成型机配备200W半导体抽运Nd:YAG激光器,激光功率为103W～117W,内部扫描速度为0.25m/s～0.41m/s,边框扫描速度为0.15m/s,铺粉厚度为0.2mm。所得试样用扫描电镜和光学显微镜进行了微观组织分析。试样层问结合为冶金结合,致密度达到90%以上,层内组织为细长枝晶,层问组织为细小等轴晶。结果表明,通过设定合适的工艺参量,选区激光熔化技术可以直接成型金属零件。     

316L不锈钢粉末选择性激光熔化快速成形的工艺研究

采用正交实验方法优化316L不锈钢粉末的选择性激光熔化快速成形工艺,并对试样密度、表面形貌和微观组织进行了分析.正交实验表明,用316L不锈钢粉末在HRPM-Ⅱ设备直接熔化成形可获得达到致密度较高的试样,试样致密度达80.0%.优化后的工艺参数为激光功率95W、扫描速度70mm/s、扫描间距0.06mm,使用该优化参数制得了复杂曲面和网格零件.     

不锈钢薄壁零件选区激光熔化制造及影响因素研究

为了实现薄壁零件的快速制造,在快速成型设备Dimetal-280上进行了选区激光熔化(SLM)成型工艺实验研究,分析了SLM中不同激光功率、扫描速度、铺粉装置、离焦量和层厚对成型效果的影响,在实验中获得了优化的工艺参数,并成型了变截面的薄壁零件,零件致密度达96.95%。在扫描电镜下观察了零件的表面及侧面,结果表明其层与层之间熔合良好;分析表明成型设备成型零件壁厚的绝对误差极限值在20μm左右;薄壁零件顶部壁宽为101.3μm,底部壁宽为142.0μm,与设计值相差分别为21.3μm和22.0μm,与极限值相吻合;拉伸测试表明,抗拉强度范围为465~625 MPa,屈服强度范围为390~515 MPa,延伸率范围为23%~48%。     

利用“球化效应”激光制备球形粉末的研究

本文分析了激光扫描金属粉末中的“球化效应”,即粉末颗粒在激光束作用下瞬间升温熔化收缩并凝固成球形颗粒的行为,探索了利用“球化效应”将异形钛粉和青铜粉末转化为球形粉末的工艺条件。通过系统改变激光功率P、扫描速度V,以及选取合适的激光扫描间距,探明了球化过程及工艺参数的影响。研究表明,（1）金属粉末粒径d对球化过程具有决定性影响。对于确定的粉末粒径d,激光功率P存在一个临界值Pm（和与其对应的激光扫描速度Vm）,当满足条件P>Pm(V>Vm)才能发生球化;（2）金属粉末的球化能力可用球化因子K表示, K值的大小决定于金属粉末的直径、密度、导热性、熔点和激光吸收率等因素;（3）球化因子与激光参数之间满足关系式：V ＝KP,根据不同金属粉末的K值选取合适的P和V,可制备出较为理想的球形粉末。     

激光熔覆成形薄壁金属制件精度的预测模型

为了控制激光熔覆成形薄壁金属制件的精度，分析了激光熔覆成形金属薄壁的工艺理论和影响因素。采用BP神经网络建立了激光功率、光斑直径、扫描速度和送粉率与金属零件壁厚的非线形关系模型和激光熔覆成形薄壁制件的精度控制系统。通过优化神经网络的权值和阈值，并引入动量因子和学习速率的自适应调整，克服了BP算法容易陷入局部最小值的问题。用实验参数作为训练样本对模型进行训练，并进行了误差分析。实验和仿真结果表明，训练样本和检验样本的最大相对误差分别为1.93％和1.19％，预测精度高。该网络模型可用于优化激光熔覆成形工艺参数和成形金属制件精度的在线实时控制。     

42CrMo钢激光熔凝组织及力学性能研究

42CrMo钢因具有良好的淬透性、强度以及韧性,被广泛应用于拉矫辊制造中,但是这种材料的耐蚀性、耐磨损性及耐疲劳性还不够理想,限制了拉矫辊连续工作能力。为进一步提高拉矫辊基材强度和耐磨损性能,利用激光熔凝技术对调质后42CrMo钢进行了激光强化工艺研究。采用光学显微镜、金相显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机等仪器对42CrMo钢激光熔凝后的显微组织、相结构、强度及摩擦磨损性能进行了分析,研究了激光功率、扫描速度对熔凝层性能的影响规律。结果表明:工艺参数对熔凝区力学性能影响较大,激光功率显著影响熔凝层的深度,扫描速度影响表面成形质量;调质后42CrMo钢基体组织主要为回火马氏体+残余奥氏体,经过激光熔凝后,基体组织发生转变,马氏体含量显著提高。