同轴送粉激光3D打印光粉耦合作用以及熔池气液界面追踪数值模拟的研究进展

金属激光3D打印作为一种"无需工具"的数字化制造技术,摆脱了传统加工方式的约束,将有可能改变产品的生产模式,给企业和消费者带来巨大的经济效益和社会效益。它利用层层堆积的精密加工模式,使得高精度复杂结构制造变为可能。这将极大简化产品设计环节,提高零部件的集成度,缩小产品的研发周期。相对于利用切削机床对毛坯进行加工的"减材制造",3D打印制造减少了原材料的使用量,降低了对自然环境的压力。3D打印技术实际上是一个"逐点扫描-逐线搭接-逐层堆积"的循环往复过程,在长时间的加工过程中,零件的不同部位材料均经受着一系列短时变温、非稳态、强约束、循环固态相变的微热处理过程。这种微热处理的加热及冷却速度极快、相变持续时间极短,且每一微热处理的相变温度、加热及冷却速度和相变持续时间均随热循环次数的变化而变化,使得激光3D打印的金属构件显微组织结构独特,并表现出对加工工艺条件强烈的依赖性,进而影响成型零部件的综合力学性能。因此,实现对激光3D打印金属零部件显微组织结构、冶金缺陷的主动控制是亟待解决的关键问题。其中掌握同轴送粉金属激光3D打印加工过程中粉末流与激光束的耦合作用,以及熔池气-液自由界面的传质和扩展特征,是选择最优加工参数,获得综合力学性能优良的金属零件的关键。然而,采用试验分析途径难以精确并定量地揭示上述问题,但数值仿真模拟却能有效揭示其微观规律。例如在光-粉耦合作用方面,目前大部分研究学者从单个粉末颗粒到粉末流对激光束产生衰减的角度出发,研究了激光束与粉末相互作用的机理;另一方面其他研究人员从粉末颗粒对激光束吸收和散射的角度建立数学模型,利用米氏散射理论和朗伯-比尔定律仿真分析计算了粉末流与激光束的相互作用。而包含粉末流对激光束产生衰减以及粉末流吸收并反射、散射激光等多角度多因素的数值模型却鲜有报道,因此,这些方面是学者今后研究的主要方向。本文主要综述了国内外研究学者对同轴送粉金属激光3D打印仿真模拟的研究进展,并详细阐述了3D打印过程中的光-粉耦合作用、熔池气-液界面和固-液界面追踪等。     

金属激光3D打印过程数值模拟应用及研究现状

数值模拟可以高效、有针对性地对金属激光选区熔化成型过程中的温度场、熔池形状、残余应力和变形、凝固过程微观组织演变等过程建立相应的模型并对成形件的相关性能做出准确预测,为工艺优化提供科学的依据,显著降低工艺开发成本和缩短工艺开发周期,有力推动金属增材制造向工业级应用的转变。本文综述了金属激光增材制造过程中温度场、熔池动力学、成形件内部残余应力和变形、显微组织变化4个方面数值模拟的最新研究进展,概述了金属SLM过程数值模拟所取得的最新进展,分析了金属SLM数值模拟领域的研究热点和所存在的计算时间长、成本高等问题,最后提出金属SLM过程数值模拟应将3D打印过程中快速凝固、微熔池等特征与大数据、人工智能、深度学习等技术相结合,进一步提高数值模拟精度,拓宽金属激光增材制造加工窗口,为个性化产品开发提供指导。     

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...     

金属选区激光熔化的研究现状

金属3D打印是目前增材制造技术中最具发展潜力和最前沿的技术。选区激光熔化(SLM)是金属3D打印的重要分支,在传统方法无法制造的复杂异型结构件及工件制造的快速响应上具有极大优势,可解决传统方法加工过程中存在的长周期、高成本、难加工等技术难题,加工出传统制造方式无法加工的复杂金属零件。主要分析总结了目前选区激光熔化所涉及的基本原理、成型设备、材料特性、工艺参数和制造过程中常见的孔隙、球化、应力应变等问题,最后对金属3D打印的发展前景进行了展望。     

金属3D打印技术在波导件上的应用

正1 3D打印产业化应用情况概述3D打印,即增材制造,是一种由产品三维模型数据直接驱动,基于离散—堆积原理,通过数字化逐层添加材料的方式来制备零件的一种新兴制造技术。近年来,随着3D打印技术的快速发展,3D打印技术已经由最初的非金属打印发展为非金属和金属3D打印,其中金属3D打印技术已经在航     

激光熔丝增材过程传热流动行为数值模拟

目的 研究激光熔丝增材制造过程的熔池流动特性,探究工艺参数对熔池流动与传热行为的影响.方法 建立了考虑运动丝材持续送进过程的激光熔丝增材熔池传热和流动行为数学模型.针对316L不锈钢的激光熔丝增材制造,开展了成形过程中丝材送进、熔化和凝固行为的实验和数值模拟研究.结果 模拟结果 显示在成形过程中,准稳态阶段激光辐照中心...     

激光增材制造热-力耦合数值模拟研究现状及进展

激光增材制造技术加工过程中温度变化迅速而剧烈,导致成形件内部产生复杂的热应力和残余应力,这是成形件发生应力变形、翘曲、开裂等加工缺陷的根本原因。并且,剧烈的温度变化使得难以直接使用实验观察其温度场和应力场演变规律。因此,通过建立有限元模型进行数值模拟的方法来分析热-力耦合场的分布以及其对成形件质量的影响尤为必要。总结了金属激光增材制造技术温度场和应力场的数值模拟研究进展及现阶段存在的一些问题,进一步探讨了金属激光增材制造技术在数值模拟方面的未来发展方向。     

激光熔池质场数值模拟的研究现状及展望

回顾和评价了已报道了激光熔池质场的数值模拟，认为建立一个考虑自由表面，湍流，自由表面物化反应及固－液界面糊状凝固区的真三维传热，传质数学物理模型是未来激光熔地质场数值模拟发展的关键，并给出了自己的工作步骤 。     

制造技术领域的国际制高点——3D打印材料技术前沿论坛侧记

正2014年9月21日下午,"2014新材料国际发展趋势高层论坛——3D打印材料技术前沿论坛"(以下简称3D打印分论坛)在西安都市之门二层学术报告厅隆重召开,能够容纳200人的会场内外聚集了众多的参会代表。3D打印分论坛由中国工程院化工、冶金与材料工程学部和中国工程院机械与运载工程学部主办,由快速制造国家工程研究中心、凝固技术国家重点实验室、国防科技工业激光增材制造研究应用中心和金属多孔材料国家重点实验室4家单位承办。3D打印分论坛共邀请了西安交通大学机械制造系统工程国家     

3D打印技术正在催生一个新时代的到来

3D打印技术,是以计算机三维设计模型为蓝本,通过软件分层离散和数控成型系统,利用激光柬、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结,最终叠加成型,制造出实体产品。3D打印作为一种增材制造,与等材制造（铸锻焊）、减材制造（车铣磨）三足鼎立,是信息技术与制造技术高度融合,实现点点可控的控形控性的制造技术。     

小麦粉中偶氮甲酰胺含量测量的不确定度评定

分析了高效液相色谱法测定小麦粉中偶氮甲酰胺含量不确定度的各分量,对其测量不确定度进行合理的评定,结果表明:小麦粉样品中偶氮甲酰胺的含量为43.1mg/kg时,其扩展不确定度为2.6 mg/kg(k=2),不确定度主要是最小二乘法拟合标准工作曲线求得样品浓度过程引入的。     

POSS在涂料领域的应用研究进展

本文简要介绍了POSS及POSS在聚合物中的应用特点,并回顾了近年来国内外有关POSS改性丙烯酸树脂,聚氨酯树脂,环氧树脂以及POSS在涂料领域的应用研究现状,并对未来POSS在涂料领域的应用和研究进行了展望。     

大米中镉含量的测量不确定度评定

分析了石墨炉原子吸收光谱法测定大米中镉含量不确定度的各分量,对其测量不确定度进行合理的评定,结果表明:大米样品中镉的含量为0.18 mg/kg时,其扩展不确定度为0.01 mg/kg(k=2),不确定度主要是最小二乘法拟合标准工作曲线求得样品浓度过程和测试过程随机效应引入的。     

氧化镁真空碳热还原过程焦煤的热解行为研究

焦煤的热解经历干燥阶段、胶质体阶段和焦炭生成三个阶段,第二阶段焦煤失重较多。常压条件下焦煤热解时固定炭损失较多,孔隙度随温度和时间的增加而增加,500℃热解30 min后胶质体数量较少,物料内部变化不大;真空条件下煤热解时固定炭不损失,孔隙度随温度的升高而降低,且随着时间的延长升高,60 min后降低,500℃热解30 min可生成较多数量的胶质体,碳元素和镁元素分布趋于均匀。用焦煤做还原剂进行氧化镁真空碳热还原可以得到较纯净的金属镁,没有发生喷料现象。焦煤具有良好的黏结性和结焦性,适于做还原剂。     

超支化聚合物在树脂改性中的应用研究进展

超支化聚合物因其独特的结构和性能特点,已在众多领域得到应用,特别是在树脂改性中的研究发展迅速。综述了超支化聚合物作为树脂改性剂在聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、尼龙6等热塑性树脂和环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂等热固性树脂中的应用研究进展,超支化聚合物可作为热塑性树脂的加工助剂、流变学改性剂、增容剂或增强剂以及热固性树脂的增韧剂。同时对超支化聚合物在树脂改性中的应用研究方向做出了展望。     

液态奶中三聚氰胺含量的测量不确定度评定

依据国标GB/T 22388-2008规定,采用高效液相色谱法对液态奶中三聚氰胺的含量进行了检测。建立数学模型,分析确定检测液态奶中三聚氰胺含量的不确定度来源,并对测量过程中的不确定度分量进行逐层分析与合成,得到合成标准不确定度和扩展不确定度分别为0.054 mg/kg和0.11 mg/kg。计算结果显示由样品溶液测量重复性、标准溶液测量重复性、标准溶液配制过程引入的不确定度分量对合成标准不确定度贡献较大,是不确定度的主要来源;由样品称量、定容引入的不确定度相对来说较小。     

陶瓷超塑性的研究进展

本文综述了氧化锆及其复相陶瓷超塑性的研究现状，论述了陶瓷超塑性的变形机理，微观特征和断裂特性。同时，分析和对比了陶瓷超塑性与金属超塑性的特点。目前，对于正确理解超塑性陶瓷的变形机理，还需进行大量工作。     

氧化铝真空碳热还原氯化歧化过程中二氯化铝行为研究

对氧化铝真空碳热还原氯化歧化过程中AlCl_2的相关反应进行热力学计算,结果表明在1760 K,60 Pa的条件下,Al_2O与C、Al_4C_3与Al_2O_3、Al_4O_4C与C均可发生氯化反应,AlCl_2的歧化反应在冷凝区也可以进行。采用基于密度泛函(DFT)框架下的第一性原理平面波赝势法,并用从头算分子动力学的方法对Al_2O与C的氯化反应和AlCl_2的歧化反应进行了结构优化和动力学模拟。结果表明碳热还原-氯化-歧化过程中的确有AlCl_2生成,吸附态的AlCl_2将进一步与Al_2O和C反应生成吸附态的AlCl分子,在C和AlCl_3(或AlCl_2)存在的条件下,Al_2O气体具有氯化活性,自由态的AlCl_2将在冷凝区歧解为AlCl分子。     

Differences in coagulation in clotting of vascular access in hemodialysis patients

Arteriovenous graft (AVG) thrombosis is a frequent cause of graft failure. We evaluated coagulation protein concentrations, platelet function, and viscoelasticity factors in 20 hemodialysis (HD) patients with AVGs. The goal was to determine whether significant differences in protein concentrations, platelet function, and viscoelasticity factors exist among dialysis patients requiring frequent AVG declot procedures vs. those who do not. Twenty HD patients were enrolled: 10 frequent clotters (>3 declots in the previous year) and 10 were nonclotters. Patients on antiplatelets or chronic anticoagulation were excluded. Laboratories were drawn pretreatment and heparinase was added to counteract any potential heparin effect. Coagulation protein concentrations including tissue factor (TF), thrombin/antithrombin III complex (TAT), and prothrombin fragment 1 + 2 (F₁₊₂) were assayed. The time to clot onset was measured by force onset time (FOT). Platelet contractile force (PCF) measured the force produced by platelets during clot retraction, whereas clot rigidity was measured as clot elastic modulus (CEM). FOT, CEM, and PCF were measured by Hemodyne. Both groups had upregulation of the TF pathway, as TF, TAT, and F₁₊₂ levels were similarly increased over baseline levels. Hemodialysis patients with frequent AVG clotting had higher levels of both PCF and CEM compared with nonclotters. Additionally, the frequent clotters had a lower FOT relative to nonclotters, although both were considered in the normal range. Our study suggests that HD patients with recurrent AVG thrombotic events form clots with higher tensile strength compared with HD patients without recurrent graft thrombosis.     

Identification of signals in the context of acoustic emission in concrete

The study presented in this paper is placed in the context of the frequency analysis of acoustic emission in concrete. The purpose is to study the ability to identify an acoustic emission event by deducing its spectrum from a detected signal. The identification is carried out progressively so as to separate the various functions involved in the acoustic emission process, and to approach the usual conditions of acoustic emission processing during fracture tests of concrete specimens. Impulses of different forms are generated on the surface of concrete test specimens, and the signals detected are analyzed. The identification of signals takes into account the frequency response of the transducers and the wave attenuation as function of the frequency.