高性能梯度功能材料激光增材制造研究现状及展望EI北大核心CSCD

在高性能梯度功能材料的制造方法中,激光增材制造技术可通过精确控制两种或多种材料粉末的输送和相应的工艺来实现材料组织和性能的梯度分布,为高性能梯度功能材料的制备提供一种更为便捷高效的新途径。本文介绍了高性能梯度功能材料激光增材制造的基本原理及分类,总结了国内外采用激光增材制造技术制备高性能梯度功能材料方面的研究进展,提出了该研究领域在材料选择、工艺优化、过程监控等方面的不足,并对其以后的研究方向,如建立标准体系、深入理论研究及研制新型制造系统等进行展望,为高性能梯度功能材料激光增材制造提供指导。     

基于增材制造的原位合金化制造方法的研究进展

基于增材制造的原位合金化方法是利用激光或电子束将多种元素粉或多种预合金粉的混合粉末熔化,使材料同时进行合金化和致密化的一种成本低廉、快速高效的开发新材料的方法,已经在高熵合金开发、新型生物医用合金打印件开发等领域得到初步应用。总结了混合粉末的形貌、粒径、高熔点粉末含量及粉末混合技术对原位合金化打印件性能的影响的研究结果。研究表明,混合粉末的颗粒级配需要同时保证元素混合均匀性和粉末流动性,才能保证原位合金化打印效果。激光功率、束斑直径、重熔工艺等打印参数对熔池几何特征影响很大,继而也强烈影响原位合金化的效果。熔池深度越大,越能保证打印过程中的层间重熔,促进元素均匀,但过深的熔池会造成孔隙。还介绍了基于原位合金化打印制备具有成分波动或成分梯度的合金材料的研究进展。原位合金化工艺本身固有的成分不均匀性有助于制备成分不均匀的合金,从而获得具有双相结构的打印件,这是基于预合金粉打印无法得到的。基于多材料及多相流模型,原位合金化粉床激光熔融过程的数值模型也被研究者建立,模拟得出的原位合金化的增材制造工艺优化参数与针对预合金粉打印的差别很大。最后对增材制造原位合金化技术的应用前景和面临的挑战作出了展...     

纤维增强聚合物基复合材料熔融堆积成型技术的研究进展及产品的力学性能

增材制造(Additive manufacturing,AM)技术,又称3D打印技术,是一种新兴的顺序叠层制造工艺.近几年来,大量关于引入连续碳纤维增强相以改善打印结构力学性能的研究为打印高性能聚合物基复合材料开辟了新的途径.本文首先简要介绍聚合物材料增材制造工艺发展史,阐述技术革新和材料革新(引入增强相)对打印聚合物...     

沈阳自动化所实现有机物制备无机陶瓷材料

正日前,由中国科学院沈阳自动化研究所与辽宁大学合作开发的基于陶瓷先驱体材料,采用"固化交联-高温裂解"一体化增材制造工艺,成功制备出功能陶瓷试样。不同于传统的以陶瓷粉末烧结为原理的增材制造工艺,先驱体陶瓷增材制造技术是将有机高分子先驱体材料通过激光光束照射,经过"固化交联"和"高温热裂解"等过程,     

宁波材料所在高分子复合材料3D打印方面取得进展

<正>中国科学院宁波材料技术与工程研究所增材制造重点实验室许高杰团队针对高性能工程塑料3D打印技术开展了一系列研究工作。选取了具有高坚韧度和抗疲劳特性的半晶态尼龙12和高强度聚醚酰亚胺作为基体,研究了熔体流变特性对熔融长丝烧结特性的影响,对高性能工程塑料的3D打印工艺参数、工业可用性进行了研究。研究发现,半结     

410马氏体不锈钢块体材料的冷金属过渡焊电弧增材制造与性能表征

电弧增材制造具有效率高、成本低和不受成形尺寸限制等独特优势,在新型制造、修复领域拥有良好的应用前景.获得力学性能良好、显微组织均匀的电弧增材制造件是目前急需解决的问题.通过冷金属过渡焊(CMT)丝材电弧增材制造系统,制备了两种410马氏体不锈钢块体材料.光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和力学性能测试结果表明,现有工艺可制备显微组织均匀、硬度平均值为530HV、抗拉强度平均值为1 196 MPa且延伸率均匀的沉积件.本工作还探讨分析了电弧增材制造件的力学性能特点及成因,并与锻造、激光增材制造等方法制得的H13热作模具钢的力学性能进行比较,分析了电弧增材制造件的性能与其他方法制备的工件性能存在差异的原因,考察了冷金属过渡电弧增材制造410不锈钢在修复件中使用的可行性,阐述了提升电弧增材制造件力学性能的方向.     

用于选择性激光烧结的聚合物粉末材料研究进展

选择性激光烧结是增材制造技术中的一种,可制备具有复杂结构的复合材料功能件或其它原型零件。评估烧结成型工艺的关键因素之一是聚合物粉末材料。从聚合物粉末材料种类、材料制备方法、烧结成型工艺3个方面,综述了近年来用于选择性激光烧结技术的聚合物粉末材料的研究现状,并对聚合物粉末材料在选择性激光烧结技术领域中存在的问题,及其今后的研究方向进行了展望。     

镁合金/黏结剂复合丝材制备及FDM打印工艺研究

镁合金具有质轻、比强度高、减震性好、生物相容性高等特点,在航空、航天、生物医疗等领域应用潜力巨大。然而传统的加工技术无法实现一体化复杂结构件的制备,严重制约了镁合金零件的应用推广。增材制造技术是一种基于“离散+堆积”原理的先进技术,有望成为解决镁合金复杂、薄壁结构件难加工的重要技术途径。本研究通过密炼机将高分子黏结剂与镁合金金属粉末混合,利用挤出机制备了适用于熔融沉积(FDM)技术的丝材原料,并研究了FDM工艺对生坯表面形貌的影响规律,采用正交实验和数据统计分析了工艺水平因素对尺寸精度的影响,并提出了后续烧结工序的改进方向。     

金属粘结剂喷射增材制造技术发展与展望

目的 介绍了粘结剂喷射增材制造(BJAM)技术打印金属零件的发展历程、技术特点、打印材料和应用领域,重点分析了影响金属BJAM零件质量的主要因素,讨论了金属BJAM技术的研究重点.方法 归纳了金属BJAM技术的重要发展节点及现阶段技术的成熟度;总结了原材料、打印及烧结工艺参数对BJAM打印金属零件质量的影响规律;按材料种类讨论了BJAM打印金属零件的致密度、微观组织及力学性能.结论 通过分析金属BJAM技术可实现高效率、低成本制造金属零件,但仍存在烧结致密度低和收缩严重等问题,指出了改善铺粉质量、开发新型粘结剂和模拟预测烧结收缩等是金属BJAM技术未来发展的重点方向.     

三维打印结合反应烧结制备多孔氮化硅陶瓷

以硅粉(Si)为起始原料,糊精为粘结剂,采用三维打印(3DP)快速成型技术制备出多孔硅坯体,通过反应烧结得到高孔隙率的氮化硅(Si3N4)陶瓷。研究了反应烧结工艺对3DP多孔Si3N4陶瓷性能的影响。结果表明:3DP成型的硅坯体采用阶梯式升温机制,可得到抗弯强度为(5.1±0.3)MPa,孔隙率达(74.3±0.6)%的多孔Si3N4陶瓷。反应烧结后,样品的线收缩率小于2.0%。三维打印结合反应烧结法实现了复杂形状陶瓷构件的无模制造与净尺寸成型。     

精铸型壳的增材制造技术研究进展

增材制造技术用于精密铸造领域,可以满足市场对精密铸件的短周期、个性化、多样化、柔性制造的需求.增材制造技术可以制作树脂模型代替蜡模进行精密铸造,但更高效的方法是用增材制造技术直接制备精铸型壳.目前可用于制备精铸型壳的增材制造技术主要有三维打印法(3DP)、选择性激光烧结法(SLS)、光固化成形法(SLA)以及浆料挤出法...     

无金属粘结剂WC硬质合金增强增韧的研究进展与展望

无金属粘结剂WC硬质合金(Binderless tungsten carbide, BTC)硬度高，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性，被广泛应用于刀具、耐磨零件等领域，成为近年来硬质合金领域的研究热点。然而，由于没有添加金属粘结剂，其在烧结过程中易出现晶粒长大，致密化难度加大，对烧结方法烧结工艺的要求较高，韧性难与金属粘结剂WC硬质合金相媲美。因此，一些研究人员通过添加非金属粘结剂及调整烧结工艺等方法抑制晶粒长大、促进其致密化，有效改善了BTC材料的性能。本文对于应用金属氧化物、金属碳化物、碳材料及复合增强增韧来提高BTC性能的研究进行综述，介绍了添加剂的种类、增强增韧机制及可以改善材料性能的烧结方法及烧结工艺。      

Anisotropy in tensile properties and fracture behaviour of 316L stainless steel parts manufactured by fused deposition modelling and sintering

Fused deposition modelling and sintering (FDMS) is a potential metal additive manufacturing technology due to its low cost and high efficiency. The mixture of metal powder and binder goes through heating, extrusion, debinding and sintering processes to produce the compact finished part. However, it is generally believed that parts produced by FDMS possess poor and anisotropic tensile properties, which always attributes to the weak interlayer combination. The current work aimed to enhance tensile properties and better understand the anisotropic fracture behavior of the 316L stainless steel prepared by FDMS. By process optimization, the yield strength and ultimate tensile strength obtained in this work are increased by 26.1% and 15.2%, based on the highest performance reported in previous studies. According to the ultimate tensile strength, the performance difference between the horizontal and vertical directions has been reduced to 27%. Furthermore, the experimental results indicated that the clustered irregular shape holes evolved from primitive voids prefer to distribute in the build direction, resulting in anisotropic tensile performance. It is suggested that the mechanical properties could be improved by applying a smaller extrusion diameter and rolling-assisted printing. In addition, the current FDMS parts show qualified performance for producing the customized and small batch components.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-022-00402-4     

连续纤维增强热塑性复合材料3D打印研究进展

连续纤维增强热塑性复合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites,CFRTPCs)具有强度高、寿命长、耐腐蚀和绿色可回收等优点,广泛应用于航空航天、交通运输和高精密加工装备等领域.传统复合材料制造工艺较为复杂、生产周期长且成本较高,先进的3D打印技术可...     

3D打印氧化铝陶瓷的气氛脱脂热处理工艺研究

脱脂热处理工艺对于3D打印陶瓷的成形质量具有重要的影响。目前光固化3D打印制备得到的氧化铝生坯经过在空气中的脱脂热处理工艺后烧结最终得到的氧化铝陶瓷存在的微观裂纹等缺陷, 将导致其力学性能较差。本工作研究了基于数字光处理(Digital light processing, DLP)技术的氧化铝陶瓷打印热处理工艺, 将3D打印制备得到的氧化铝陶瓷生坯分别在空气与氩气中脱脂后比较其宏观形貌, 发现在空气下脱脂的氧化铝生坯存在微观裂纹。再将脱脂后的生坯在空气下烧结得到氧化铝陶瓷, 并对其微观形貌和宏观性能进行表征, 发现在氩气下脱脂的氧化铝陶瓷平均晶粒尺寸要比直接在空气中脱脂得到的氧化铝陶瓷平均晶粒尺寸大, 而且晶粒结构致密, 无明显气孔和杂相, 而且具有更高的抗压强度。这说明在氩气中脱脂后烧结得到的氧化铝陶瓷性能更好。在氩气中脱脂的氧化铝致密度最高可达到96.72%, 抗压强度可达到761.7 MPa, 相比于只在空气中脱脂的氧化铝陶瓷性能得到显著提升。     

脱脂工艺对光固化3D打印堇青石陶瓷性能的影响

光固化3D打印是制造高度复杂结构陶瓷的一种有效方法。打印的样件需要经历脱脂和烧结等热处理才能成为可用的陶瓷件, 脱脂工艺对打印件性能影响巨大。本工作通过研究脱脂工艺对DLP光固化3D打印制备的堇青石陶瓷性能的影响规律, 建立缺陷抑制策略。比较并分析了脱脂气氛和升温速率对陶瓷样件的表面裂纹和元素分布状态的影响, 还对比进一步烧结后样件显微组织、尺寸收缩率、相对密度和弯曲强度等性能。研究发现脱脂气氛对样件各性能影响最大, 使用氩气脱脂可显著降低表面裂纹, 提高相对密度与弯曲强度; 并确定最佳升温速率为1 ℃/min。最终获得表面完整无裂纹且相对密度为(94.6±0.3)%, 弯曲强度为(94.3±3.2) MPa的堇青石陶瓷样件。本研究为光固化3D打印堇青石陶瓷的无缺陷制造与应用提供了科学依据与技术参考。     

A novel sintering technique for fabrication of functionally gradient WC–Co cemented carbides

Functionally graded or functionally gradient WC–Co cemented carbides with Co and/or hardness gradients can potentially have great practical importance. In this article is described a novel sintering technique for fabrication of functionally gradient WC–Co cemented carbides. This technique includes (1) employing green carbide bodies with low (or high) carbon contents within the two-phase region of the W–Co–C phase diagram; (2) their pre-sintering in the solid state to obtain a certain green density and consequently gas permeability; (3) selective carburisation (or decarburisation) of their surface layer in a carburising (or decarburising) gas atmosphere; and (4) final liquid-phase sintering at tailored sintering conditions to obtain a Co drift (also known as ‘Co migration’) either from the surface towards the core or from the core towards the surface. The kinetics of Co drift between couples of model alloys with very similar WC mean grain sizes but different carbon contents were examined. The microstructure, hardness, Co contents, residual stresses and wear-resistance of the gradient cemented carbides with low-Co surface layers obtained by the selective surface carburisation of carbide green bodies with the original low carbon content were examined. Their surface layers were found to contain significantly less Co than the core resulting in a higher hardness of the surface layer. The surface layer is also characterised by high residual compressive stresses in both the carbide phase and binder phase, which results in an improved combination of hardness and fracture toughness. The microstructure, hardness and Co contents of gradient cemented carbide comprising high-Co surface layers obtained by selective surface decarburisation of carbide bodies with the original high carbon content were also examined. The surface layer of the gradient cemented carbide contains noticeably more Co than the core which is beneficial when using this functionally gradient carbide as a substrate for polycrystalline diamond coatings.     

非氧化物陶瓷光固化增材制造研究进展及展望

目前光固化3D打印技术因打印成型精度高而被广泛应用于陶瓷增材制造, 其中非氧化物陶瓷如碳化硅、氮化硅等因打印材料粉体折射率和吸光度比较高, 光固化陶瓷浆料存在分散稳定性差、入射光难穿透并产生光固化反应的固化层厚度低等问题, 导致其固含量很难提高甚至于无法打印成型。高固含量的非氧化物陶瓷打印成型成为光固化3D打印的主要难点, 吸引了广大学者对其光固化机理、粉体调控等机制进行研究。本文系统地总结了几种非氧化物陶瓷光固化浆料的制备、光固化成型、有机物去除及烧结致密化的研究工作, 并就如何对光敏树脂组成进行调节、对陶瓷粉体进行改性的几种方法进行分析与讨论, 针对性地提出创新方案来改善非氧化物陶瓷的浆料性能、光固化打印优化和致密化缺陷修复及性能提升, 最终推动大尺寸、复杂结构的非氧化物陶瓷部件光固化增材制造高精度制备技术的进步。     

Research on Ultrafine Tungsten Carbide-Cobalt (WC-Co) Cemented Carbide Rods of Miniature Drills for Highly Integrated Printed Circuit Board (PCB)

Nanocrystalline tungsten carbide-cobalt (WC-Co) composite powders produced through spray thermal decomposition-continuous reduction and carburization technology were used to prepare φ3.25 mm×38 mm ultrafine tungsten carbide-cobalt (WC-Co) cemented carbide rods through vacuum sintering plus sinterhip technology. The microstructure, Vickers hardness, density and Rockwell A hardness (HRA), transverse rupture strength (TRS), saturated magnetization and coercivity force were tested. The results show that the average grain size of the sintering body prepared through vacuum sintering plus sinterhip technology was 430 nm; transverse rupture strength (TRS) was 3850 MPa; Vickers hardness was 1890 and Rockwell A hardness of sintering body was 93. High strength and high hardness ultrafine WC-Co cemented carbide rods used to manufacture printed circuit board (PCB) drills were obtained.