激光熔覆快速制造金属零件研究与发展

论述了激光快速直接制造的国内外研究和发展现状,介绍了激光快速制造金属零件的方法,重点说明了基于激光熔覆的快速制造技术和激光制造技术涉及的关键问题:精密高质量同轴送粉熔覆系统、激光熔覆的工艺优化与稳定性和激光熔覆过程的检测与闭环控制。展示了激光熔覆快速制造的典型金属零件和应用领域。提出了激光熔覆制造进一步研究的方向。     

激光直接快速成形金属材料及零件的研究进展(下)--国内篇

基于激光熔覆的金属材料直接快速成形技术是目前快速成形领域的研究热点,本文系统介绍了国内外激光熔覆直接快速制造技术成形材料和零件的最新研究进展。研究表明,激光熔覆直接快速成形的金属零件的力学性能与常规加工方法制造出的零件相当,可以满足直接使用要求,具有广阔的发展前景。     

激光直接快速成形金属材料及零件的研究进展(上)--国外篇

基于激光熔覆的金属材料直接快速成形技术是目前快速成形领域的研究热点,本文系统介绍了国内外激光熔覆直接快速制造技术成形材料和零件的最新研究进展。研究表明,激光熔覆直接快速成形的金属零件的力学性能与常规加工方法制造出的零件相当,可以满足直接使用要求,具有广阔的发展前景。     

Nd:YAG激光熔覆快速制造技术研究

报道了Nd:YAG全固态激光器同轴送粉激光熔覆快速制造金属零件的工艺与机制。主要研究了不同工艺条件下，激光熔覆工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉量大小)对激光熔覆层宽度、高度、表面平整度和成型质量的影响规律。在此基础上，对成型薄壁墙的水平方向倾斜角度在不同功率下做了极限实验并分析了其中原因，找出了最佳的成型参数。最后，将Nd:YAG激光熔覆快速制造所制备零件的质量与CO2激光熔覆所制备的进行了对比，结果表明，采用Nd:YAG激光器制备的金属试样结合强度更高，同时，两者都高于相近成分下常规加工方式所加工试样的相应值，且均表现为韧性断裂。     

激光快速直接制造W/Ni合金太空望远镜准直器

激光直接制造技术(LDM)是基于快速成形和激光熔覆技术而发展起米的直接快速柔性制造先进技术，尤其适用于传统方法难以制造的特种材料或特殊形状金属零件。基于太空望远镜准直器特定的形状和材料要求，运用层叠激光熔覆直接制造方法．研究了W和W/Ni合金的多道熔覆特性、微观组织和激光直接制造过程的稳定性。研究表明，W和W90Ni10多层激光熔覆时后续熔覆层的宽度会越来越窄，最终形成三角形截面；而W60Ni40和W45Ni55合金具有良好的成形效果。采用激光功率2000W，光束直径3mm．扫描速度0．3m／min，送粉速度8g／min的优化工艺参数．直接制造出高度为307mm．直径为191mm，壁厚为3mm，平行度不低于2／1000的圆柱状W60Ni40准直器，未出现裂纹和明显的气孔。结果表明激光直接制造技术可以制造出高质量的传统方法难以制造的特殊材料和形状的金属零件。     

激光直接制造金属零件过程的闭环控制研究

对激光直接制造金属零件过程中熔池温度和熔覆层厚度的变化进行了研究,指出对确定的材料,当激光功率增大到一定值时,熔池内的金属溶液大多已达到了热饱和,温度累积效应并不显著,熔池温度基本保持平稳,而在制造过程中若零件由于工艺不稳定而产生凹凸点,在多次层叠制造后,凹处越凹、凸处越凸,严重影响零件的制造精度。所以通过传感器来直接监测金属零件的熔覆高度,进而通过控制送粉量来保证制造过程中熔覆高度的稳定性比起温度控制来更具有实际意义。提出了熔覆高度的检测方案,并对送粉量的闭环控制系统进行了研究,对送粉量的时间延迟提出了相应的对策。结果表明对熔覆层高度的检测和对送粉量的调节能够提高激光直接制造过程的稳定性和制造精度。     

激光快速成形过程中熔覆层的两种开裂行为及其机理研究

激光快速成形技术是在激光熔覆技术及快速原型技术的基础上发展起来的一项新的先进的制造技术,能够实现高性能致密金属零件的快速无模近终形制造。但是,如果成形条件控制不当,易于在成形件中产生裂纹、气孔、夹杂、层间结合不良等缺陷,而裂纹是成形过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。本文采用微观测试分析方法,深入研究了激光快速成形某些合金粉末过程中熔覆层的开裂行为及裂纹形成机理。研究结果表明,对于镍基自熔合金,熔覆层的开裂属于冷裂纹范畴,是熔覆合金的低延性及成形过程中热应力双重作用的结果。对于奥氏体不锈钢等材料,熔覆层的开裂属于热裂纹范畴,裂纹产生的主要原因是由于凝固温度区间内晶界处的残余液相受熔覆层中的热应力作用所导致的液膜分离的结果。     

激光熔覆金属粉末直接制造砂型铸造模具的探讨

探讨了激光熔覆金属粉末快速原型技术直接制造砂型铸造用金属模具的问题.介绍了这种技术的工作原理及其特点;通过分析砂型铸造用金属模具的结构和工况特征,论证了激光熔覆金属粉末快速原型技术适用于这种模具的制造,能降低模具制造成本、缩短工期;提出了在应用中进一步轻量化、低耗化的对策.最后预计,随着各种相关技术的发展及其综合、集成度的提高,激光熔覆金属粉末制造铸造模具的轻量化、低耗化将逐步实现.     

激光表面处理和快速制造技术的新进展

主要介绍激光表面处理和快速制造技术领域的一些新进展，其中激光表面处理主要包括激光熔覆、清洗和抛光技术。在一系列用于直接制造金属零部件的工艺中主要采用选择性激光熔化(又称快速成型制造)技术。     

激光熔覆研究现状与发展趋势

通过对国内外对激光熔覆技术研究现状,概括了国内外激光熔覆在熔覆特性、不同材料与基体组合的激光熔覆工艺及参数、激光熔覆层的微观组织结构和金相分析、熔覆层缺陷以及激光熔覆基础理论,激光熔覆专用材料研制、激光熔覆过程裂纹形成与消除机制、激光熔覆过程关键因素的检测与控制、激光熔覆送粉器和喷嘴、激光熔覆制备新材料、激光熔覆快速成形与制造技术等领域的研究现状.分析指出激光熔覆过程是一个多源耦合复杂信息作用下的加工过程,激光熔覆加工过程稳定性、多源耦合复杂信息的作用规律及决策机制、多源耦合复杂信息的获取处理、融合能力及小确定信息处理和激光熔覆多源耦合复杂信息优化控制以及激光熔覆加工质量的定量控制是今后的主要发展方向.     

搭接量对激光微细熔覆柔性直写厚膜电阻组织性能的影响

采用激光微细熔覆柔性卣写技术在陶瓷基板上制备厚膜电阻。该技术的优点是精度高、速度快、不需要制作掩模板等。大量研究结果表明．搭接量的改变对电阻的组织性能影响很大，而组织性能对最终整个器件的质量起决定作用。因此，获得最佳搭接量制备出性能优良的电阻元件成为重要的研究课题。针对陶瓷基板，系统地研究了搭接量对厚膜电阻的组织性能的影响规律，获得了形成电阻膜的最佳搭接量为单道扫描光斑直径的3／5，并对影响组织性能的主要机理进行了分析。     

激光干涉仪无线测控的设计和实现

针对传统激光干涉仪需要手动调节光学部件问题,设计并开发了一种激光干涉仪无线测控系统,该系统可以无线调节激光干涉仪光学部件的位置。系统采用nRF2401无线射频技术,与传统的nRF2401运用相比,该系统采用奇偶校验和CRC校验的双重校验,提高无线射频传输数据的正确率。同时系统采用闭环控制,提高了激光干涉仪的精确度和稳定性,避免了光学部件的过量调节对激光干涉仪的损伤。     

支持网络动态重构的可信构件模型

基于构件接口分离原则和动态软件体系结构技术,提出了一种支持网络动态重构的可信构件模型,对构件构造和组装进行了分析,并提出了可信数据安全封装机制。基于感知、决策和执行分离机制,构件模型可以支持构件重构,通过容器对构件数据进行安全封装,构件模型可以检测和阻止恶意构件的非法操作,保护构件间的数据安全传递。实现了支持可信构件模型的容器原型,实验表明,使用该模型可进行构件连接拓扑关系的重构,可及时发现恶意构件并暂停构件运行,提高了节点的可信性。     

激光净成形制造金属零件过程稳定性研究

研究了金属零件的激光净成形过程的稳定性，利用闭环控制系统对成形过程进行实时监测和闭环控制，并通过该系统研究了工艺参数对成形过程的影响，发现当实际堆积厚度大于预设的堆积厚度时，成形过程能够自动维持在稳定的状态;而当实际堆积厚度小于预设的堆积厚度时，实际堆积厚度将逐渐减小，因而成形过程逐渐偏离稳定状态，最终导致成形过程无法继续进行。通过实验设计系统研究了工艺参数对成形特性的影响规律，并在实验过程中进行闭环控制，实时调整预设堆积厚度与实际堆积厚度相等，得到了最大堆积厚度的传递函数。参考传递函数合理选择工艺参数，成功制造出了具有很好宏观外形和表面质量的镍基高温合金零件。     

激光抛光技术在红外探测器组件封装中的应用探索

提出将激光抛光技术应用于杜瓦部件激光焊焊缝的抛光处理中,以解决目前红外探测器杜瓦封装激光焊焊缝粗糙度大、探测器组件长时间使用过程中杜瓦焊缝强度和内部真空度欠佳、影响探测器寿命和使用性能的问题。通过实验研究了主要参数对抛光质量的影响规律,并利用激光共聚焦显微镜等设备测试了激光抛光结果。激光抛光技术可使激光焊焊缝的表面粗糙度Ra从0.25mm降低到0.03mm。研究结果充分表明,绿色高效非接触的激光抛光可以实现红外探测器杜瓦组件外表面激光焊焊缝的高质量抛光,在红外探测器制造领域有重大的潜在应用价值。     

玻璃基板上激光微细熔覆直写电阻技术的研究

介绍了玻璃基板上激光微细熔覆柔性直写电阻的基本原理及其工艺．系统地研究了各工艺参数的变化对电阻阻值的影响规律。通过热作用、激光与物质的相互作用原理理论分析了电阻膜的形成以及组织、结构、性能间的关系．确立了制备电阻的最佳工艺参数和获得高精度、小误差电阻阻值测试的最佳方法。结果表明．采用该技术可以在无掩膜下通过调节电阻的形状、大小、体积以及激光加工参数．一步完成所需高精度、高质量、高性能电阻元件的制备和修复．不需要电阻的微调，工艺简单、灵活、速度快、成本低．具有广阔的应用前景。     

双面激光冲击次序对小孔件强化效果影响研究

小孔构件是典型的应力集中细节,其易在疲劳载荷下产生裂纹,影响关键结构的使用性能和服役寿命。为了研究双面冲击次序对小孔件强化效果的影响,对双面激光同时冲击强化(双面对冲)和依次冲击强化的TC4-DT小孔构件进行了疲劳拉伸试验,并利用ABAQUS有限元软件,对两种冲击次序强化后的残余应力分布进行了仿真。结果表明,双面对冲的试样疲劳增益是双面激光依次冲击强化后的2倍以上;双面对冲后小孔件的应力分布更均匀,其疲劳源明显偏离厚度中点处,而双面激光依次冲击时,两激光冲击表面的残余应力差较大。仿真结果与试验有较好的一致性。     

Ti-6Al-4V合金的激光净成形制造及其显微组织

对Ti-6Al-4V合金的激光净成形制造进行了研究。实验过程在大气开放环境下进行，仅通过喷嘴吹氩气保护。结果表明，功率质量比对钛合金激光净成形件表面质量以及微观结构有着重要的影响。当功率质量比足够高时可以得到表面光洁度较好的成形件，微观分析显示，激光净成形钛合金的显微组织由细小的针状马氏体α和原始β组成，各层之间为致密的冶金结合。在功率质量比较高的情况下，可以得到柱状晶，反之则生成等轴晶。通过优化工艺参数得到表面质量较好的成形件，而且所制得的样品引入氮氧杂质元素含量较低，可见利用激光净成形技术可以在大气环境下制造出质量满意的钛合金零件。     

20CrMo低合金结构钢激光表面强化研究

研究了激光表面强化对20CrMo低合金结构钢组织和性能的影响。结果表明经激光相变硬化处理后,其表硬度可达500－580HV0．1,满足该钢用于一般零件（链轮、齿轮、轴等）的局部表面硬度、耐磨件等机械性能的要求,为改进零件表面处理方法提供了依据。