SLM NiTi记忆合金BCC点阵结构的吸能特性研究

通过选区激光熔化（SLM）技术制备了不同体积分数的NiTi记忆合金BCC点阵结构（基于CAD及基于三周期极小曲面TPMS）,分析了失效前的压缩响应,研究了体积分数、单元构型和微观组织对能量吸收的影响。结果表明：NiTi BCC点阵（体积分数5 %~25 %）在压缩至损伤前具有优秀的比能量吸收（0.45~1.89 J/g）,卸载后加热可恢复至92 %以上;体积分数及单元构型对NiTi BCC点阵的压缩响应有重要影响;体积分数小于15 %时,CAD样品具有更长可压缩应变,比能量吸收更好;体积分数大于15 %时,TPMS样品具有更高压缩应力,比能量吸收更好;SLM过程中的阶梯效应导致了点阵支杆的下表面与内部具有不同的材料组织,下表面处熔池条纹更深更宽且晶粒更加粗大;材料异质性导致了相对较差的机械性能,不利于能量吸收;由于受载下应力集中位置及异质比例的不同,该材料异质性对低体积分数的TPMS样品的不利影响更大。     

电弧增材制造金属点阵结构研究进展

金属点阵结构是一种轻质多功能结构,具有高比强度、高比刚度、抗爆吸能、减振降噪等优势,在飞行器、船舶、车辆、建筑等领域具有广泛的应用前景。然而,迄今为止点阵结构件的应用规模仍然十分有限,主要原因是受到制造技术的严重制约。电弧增材制造技术因其离散堆积的成形特点有望实现点阵复杂结构的一体化高效低成本制造。综合分析了电弧增材制造金属空间杆结构与点阵结构的研究现状,从制造原理、成形工艺与方法、制造特点等方面进行论述,并归纳了现阶段各研究机构对于金属点阵电弧增材制造的研究进展。最后介绍了电弧增材造金属点阵结构存在的掣肘,重点分析了现有电弧增材制造在点阵制造与成形控制方面的研究进展与不足,指出了未来电弧增材制造金属点阵结构的主要发展方向。     

增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的研究进展

增材制造技术成形Ti-6Al-4V点阵材料具有高强度、低密度、生物相容性好的性能特点,在航空航天、生物医疗、海洋等领域具有极大应用潜力。本文概述了近年来增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电子束选区熔化(SEBM)技术成形点阵材料的力学性能、失效行为、微观组织进行分析与总结。研究发现,SLM和SEBM技术均可获得保留原始结构特征的点阵材料,且增材制造骨骼型Diamond 极小曲面Ti-6Al-4V点阵材料抗压强度可达到411.71 MPa,屈服强度达到317.48 MPa,强度可与镁合金相媲美；点阵材料失效行为主要有45°剪切断裂以及水平断裂,剪切断裂型点阵材料强度较高,在承载方面具有独特优势,而呈水平方向断裂的点阵材料多为梯度型点阵材料,其应力应变曲线波动范围较小,在能量吸收能力方面表现出明显的优势；热处理可有效消除增材制造过程中带来的残余应力、降低粗糙度、转变亚稳、针状α"马氏体为α+β相,进而增加点阵材料的塑性,且不降低甚至提高部分Ti-6Al-4V点阵材料的强度。最后,对增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的现存弊端以及未来发展趋势进行了展望。     

金属三维点阵结构制备技术研究进展

介绍了国内外在金属三维点阵结构制备方法的研究进展,及不同制备方法的特点,并进行了对比分析。提出了一种超塑成形/扩散连接工艺(SPF/DB)来制备金属三维点阵结构的方法,这种方法将点阵夹层结构看作三层或多层夹层结构,采用SPF/DB工艺方法在一个热循环中制备了金字塔型、四面体型、X型等典型的金属三维点阵结构,验证了工艺的可行性,为金属三维点阵结构的制备开辟了一条新的技术路径。对比分析了增材制造方法、塑性成形方法、SPF/DB等制备方法的特点和优点,对金属点阵结构技术的发展进行了展望。     

铝合金点阵结构电弧增材制造技术及应用

电弧增材制造技术是制备点阵结构的有效方法。研究了点阵结构电弧增材制造装备、铝基药芯焊丝设计与制备技术、激光约束电弧工艺和点阵杆件直径、角度控制方法，制备了典型点阵结构示范件。点阵结构电弧增材制造装备由增材制造单元、激光单元与监测单元组成。设计自生Al2O3相铝合金药芯丝材Al-Cu-NiO合金体系，制备出直径1.2 mm的药芯丝材，堆积杆件具有较低的热导率。激光激发大量中性粒子电离，使电弧中的带电粒子大幅度增加，对电弧存在约束和稳定作用，提高成形精度。控制电弧增材制造熔滴体积与个数，可制备直径为2.5～7.0 mm的点阵单元杆件。控制电弧增材制造电弧枪纵向与横向运动量，可制备角度为15°～90°的点阵单元杆件。利用点阵结构电弧增材制造技术实现了平面点阵结构、圆柱面点阵结构和曲母线面点阵结构的高精度成形，点阵结构的平均压缩强度为58.53 MPa，具有较高的承载性能。在点阵测试件的上表面施加均匀热源，热源温度为500℃，时间600 s，测试件下表面温度约93℃，具有较高的隔热性能。     

SEBM成形片状极小曲面点阵材料的力学性能

以球形Ti-6A1-4V合金粉末为原料,采用电子束选区熔化(selective electron beam melting,SEBM)技术制备了片状三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)点阵材料以及桁架点阵材料,研究了点阵材料的成形质量、显微组织及压缩性能.成形结果表...     

选区激光熔化成形点阵结构的各向异性对力学性能的影响

选区激光熔化技术（selective laser melting, SLM）成形的金属点阵结构由于具有结构设计自由度大、轻量化、缓冲吸能等优势,在航空航天等领域具有广泛的工程应用前景,然而对其力学性能的研究不够充分。本研究设计了不同方向的体心立方（body-centered cubic, BCC）和金刚石（Dia）两种晶胞点阵结构,基于SLM技术成形了AlSi10Mg点阵结构,并对成形试样进行了压缩试验,结合有限元分析（finite element analysis, FEA）研究了点阵结构的各向异性对其压缩响应和吸能特性的影响。结果表明,两种点阵结构均存在明显的各向异性。在相对密度基本一致的情况下,点阵结构方向从0°到45°,随着角度的增大,屈服强度明显增大,BCC点阵结构的各向异性对其压缩屈服强度的影响更加明显,Dia点阵结构的屈服强度明显高于BCC点阵结构。不同方向点阵结构的比吸能(specific energy absorption, SEA)存在明显差异,点阵结构方向从0°到45°,随着角度的增大,SEA明显增大,Dia点阵结构的SEA明显高于BCC点阵结构。不同方向点阵结构的碰撞载荷效率(crash load efficiency, CLE)存在明显差异,BCC点阵结构在0°方向取得最大值1.07,并随着点阵结构角度的增大逐渐减小,Dia点阵结构CLE随着点阵结构角度的增大而增大,并在45°方向上取得最大值1.01。     

工艺条件对C轴择优取向YBCO厚膜点阵常数的影响

用Ｘ射线衍射线对法测量了具有强Ｃ轴择优取向的ＹＢＣＯ厚膜的点阵常数Ｃ。用Ｎｉ基带制备的样品的点阵常数值小于过去报导过的烧结样品的点阵常数Ｃ值，也小于用Ａｇ—Ｐｄ基带制备的样品的点阵常数ｃ值。喷雾时基带加热温度的升高，喷雾后烧结温度的提高，和区熔时样品移动速度的加快，都使样品点阵常数ｃ降低。一般来说，具有较高Ｔｃ值的样品具有较低的点阵常数ｃ值．     

β热处理对SEBM Ti-6Al-4V Diamond点阵材料显微组织和力学性能的影响

采用电子束选区熔化(SEBM)技术制备Ti-6Al-4V Diamond点阵材料,研究β热处理(1100℃/2 h/FC)对其显微组织与力学性能的影响。结果表明,经β热处理后,Ti-6Al-4V Diamond点阵材料的显微组织由原始β柱状晶转变为等轴晶,针状马氏体α′相以及α+β细片层组织转变为相互平行的α+β粗片层组织,且α片层平均厚度由0.8μm增加至7.4μm。此外,Ti-6Al-4V Diamond压缩应变增加,最大可达13.1%,但强度降低;热处理对点阵材料的模量影响较小。点阵材料的结构与材料具有独立性,热处理不会改变Ti-6Al-4V Diamond点阵材料强度、模量与相对密度的指数关系。     

热处理工艺对Ti-6Al-4V钛合金点阵结构显微组织和性能的影响

采用选区激光熔化技术制备了 Ti-6Al-4V钛合金点阵结构,并进行了 700℃、800℃和900℃保温2 h炉冷的热处理.检测了点阵结构的表面形态、微观结构和压缩性能,并与制备态点阵结构作了比较.结果表明:Ti-6Al-4V点阵结构具有较高的表面粗糙度,其组织由细小的针状α'马氏体和初生柱状β相组成;热处理后,α'马...     

激光3D打印AlSi10Mg铝合金点阵结构材料的组织和力学性能

以不同激光3D打印参数制备了AlSi10Mg铝合金点阵结构材料,探索其最优化打印参数,研究了铝合金点阵结构材料的组织和性能,以及后续热处理对其组织性能的影响。结果表明,最优化打印参数为:环境温度80 ℃,粉层厚度30 μm,激光束直径80 μm,激光能量370 W,激光扫描速度1300 mm/s。制备的铝合金点阵结构材料空洞缺陷少,致密性高,显微组织呈一层层交错堆垛的激光熔池,为细小的α-Al等轴胞状晶和球状Si颗粒相组成,性能良好。经热处理后,原激光熔池缺陷、等轴胞状晶特征消失,Si颗粒相不断析出并长大,硬度和静态压缩试验下的平台应力降低,压缩性能下降。     

二氧化钒纳米点阵的制备及其红外光学特性研究

为了得到相变温度低且变色性能优越的光学材料,使其能够广泛应用于智能窗领域,对周期结构VO2纳米点阵的相变和光学特性展开了研究。用修正的Sellmeier色散模型结合二维点阵周期结构的等效折射率计算了VO2纳米点阵在不同占空比下的反射率和透射率。利用多孔氧化铝模板掩膜溅射法,先在玻璃上制备钒金属纳米点阵,再经热氧化工艺制备出VO2纳米点阵,测试其表面形貌、组分结构、红外反射和透射谱线。结果表明,占空比为0.83的纳米点阵其相变温度有效降低至43℃,在1700 nm处透射率改变量达到29%,表现出良好的变色特性,且透射率整体高于VO2薄膜。说明通过制备较佳占空比的纳米点阵可以有效降低材料的相变温度,提升材料的热致变色性能。     

桁架式三维点阵结构的参数化建模与增材制造

对桁架式三维点阵胞元进行分析并建立了体心立方胞元库数学模型,采用激光选区熔化成形技术实现了TC4钛合金三维点阵结构的制备。建模分析发现,当杆长越大、杆径和夹角越小时,点阵结构的综合几何特性越优。基于激光选区熔化成形的三维点阵结构成形试验发现,三维点阵的应力、变形均呈现周期性分布现象,点阵与基材接触部位存在较大的应力累积,同时点阵结构边缘位置存在局部变形。     

含缺陷点阵结构的力学性能影响研究

随着3D打印（增材制造）的快速发展以及航空航天对轻量化结构设计的迫切需求，多孔结构尤其是周期性的点阵结构得到了越来越多的重视。由于当前3D打印工艺水平还不够成熟，打印的点阵结构不可避免地出现各种缺陷，因此需要对含缺陷的点阵结构进行性能评估。首先开展了不同位置点阵杆件缺失对结构力学性能的影响，实验和有限元结果表明中心部位的单根杆件缺失时结构的力学性能下降最多。在此基础上，建立了中心部位杆件的缺失数量与结构力学性能之间的关系表达式。该结果可以为点阵结构在实际工程结构中的应用提供指导。     

点阵结构金属多孔材料制造技术

本文综述了点阵结构金属多孔材料的主要拓扑形态及其制造技术,并对目前广泛采用的变形成型法、金属丝编织法,以及随后发展起来的快速成型和注射成型等技术进行了对比分析.最后,对点阵结构金属多孔材料研究的努力方向提出了一点建议.     

增材制造结合熔模铸造制备亚毫米级金属点阵微结构的工艺研究

基于增材制造方法,采用光固化成形工艺,结合熔模铸造工艺制备出亚毫米直径桁架的金属点阵结构.首先对光固化成形工艺进行优化,最佳工艺参数为50μm的单层厚度条件下,单层固化时间4.52 s,采用优化后的光固化成形工艺制备出树脂基点阵结构,将其嵌入到熔模基体中,加热将树脂材料升华,形成支柱直径为750μm的孔隙模具,分别采用...     

超轻质微点阵结构金属材料的研究进展

概述了近年来轻质及超轻质微点阵结构金属材料的研究发展状况,包括材料的结构、制备工艺、力学性能及应用情况,并在此基础上进行了归纳、整理,对超轻质微点阵结构金属材料将来可能应用的领域进行预测,同时,对超轻质微点阵结构金属材料未来的研究与发展进行了展望。     

3D打印轻质高强钨材的力学性能研究

采用选择性激光熔化（SLM）3D打印方式成功设计和制造了具有点阵结构的钨材，结合有限元分析、扫描电镜、准静态单轴压缩试验探究了不同点阵结构下钨材力学性能的变化规律，分析了微观组织对力学性能的影响。结果表明圆弧型点阵结构可有效降低节点处的应力集中，保持点阵结构轻质、低孔隙率特性同时还维持着钨材的高强度力学性能，平均抗压强度达到535MPa，平均质量仅为1.25g，激光打印后圆弧点阵较立方点阵平均抗压强度提升93%，其中体心圆弧点阵（BCA）显示出更优抗压性能，极限抗压强度达到721MPa，结构致密度为理论值12.8%；力学性能指标接近于变形态。与立方点阵相比，圆弧点阵具有良好的能力吸收特性，后者相较前者总能量吸收值提升223%，圆弧点阵平均能量吸收达到1664J/cm3。此外，SEM图像显示圆弧点阵因其弧形特性，减少了打印中斜支柱的悬挂距离，成型效果优于立方点阵。     

激光增材制造Ti6Al4V点阵结构的抗压吸能特性

人体骨骼受到碰撞后的断裂过程伴随着能量吸收,多孔骨植入体的设计需考虑结构的抗压吸能特性。在空间尺寸（20 mm×20 mm×30 mm）内,通过拓扑优化设计和激光增材制造技术制备不同胞元尺寸和相对密度的Ti6Al4V点阵结构,采用熔池监控、单向压缩实验和有限元仿真方法,探究了点阵结构的表面质量、断裂形变规律和吸能特性。结果表明,点阵结构的结构参数受熔池温度场和粉末支持力的影响;点阵结构的抗压行为遵循弹脆性变化规律,断裂带与制造方向呈45°;点阵结构的断裂机制为韧性断裂,裂纹沿内部微孔洞分布方向扩展;能量吸收能力随着相对密度增大呈递增趋势,随着胞元尺寸增大呈递减趋势;能量吸收效率随着相对密度增大呈递减趋势,随着胞元尺寸增大呈递增趋势。     

金属点阵材料结构参数的CT检测

针对金属点阵材料的结构参数开展了检测方法研究.高能束激光选区熔化点阵结构的连接杆经工业CT(电子计算机断层扫描)检测后得到的影像呈椭圆状,针对这一影像特征,依据椭圆上任意两点之间的最大几何距离为长轴这一概念,实现了单个椭圆位置参数、形状参数的自动识别,以及金属点阵结构几何参数的自动化检测.检测结果基本符合设计值,为其他...