选区激光熔化工艺参数对燃料电池316L不锈钢双极板性能的影响

316L不锈钢材料具有耐蚀性好、成形性好、成本低等优点,在燃料电池金属双极板领域有着良好的应用前景.基于传统等材、减材加工方法难以成形复杂结构燃料电池双极板的瓶颈,使用选区激光熔化技术可实现复杂结构316L不锈钢双极板的成形制造.针对燃料电池不锈钢金属双极板的应用背景,系统研究了不同激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度)对所成形316L不锈钢材料微观组织及双极板所需耐蚀性和表面接触电阻的影响,并对比了传统锻造316L不锈钢与选区激光熔化316L不锈钢在显微组织和性能上的差异.结果 表明,选区激光熔化成形316L不锈钢的致密度随着激光功率的增大而增大,随着扫描速度的增大而减少,并在激光功率为300W,扫描速度为1500～2000 mm/s时达到最大值.相比于具有等轴晶特征的锻造不锈钢试样,选区激光熔化成形不锈钢试样柱状晶组织有利于降低晶界对电流的阻碍作用,从而降低了表面接触电阻;同时,随着样品表面粗糙度的提高,选区激光熔化成形不锈钢试样的表面接触电阻降低.致密度高的选区激光熔化成形不锈钢试样的耐蚀性优于锻造成形不锈钢试样,且随着致密度的减小,选区激光熔化成形试样的耐蚀性逐渐降低.本研究结果表明选区激光熔化成形316L不锈钢材料可用于燃料电池金属双极板.     

316L不锈钢增材成型件小孔钻削试验研究

为研究316L不锈钢增材成型件的制备并改善其小孔钻削工艺性,以316L不锈钢粉末为增材成型材料,采用激光熔覆技术在45钢表面制备得到了316L不锈钢增材成型件;利用光学显微镜观察分析了试件熔覆层截面显微组织,使用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度;搭建了钻削试验平台,采用单因素试验与正交试验相结合的试验方案,对传统工艺获得的316L不锈钢板材与316L不锈钢增材成型件进行了钻削对比试验;探究了钻削工艺参数对增材成型件钻削性能的影响规律以及最优的钻削工艺参数组合。结果发现,通过激光熔覆增材制造技术制备得到的316L增材成型件表面平整光滑,熔覆层与基体之间呈良好的冶金结合,熔覆层的硬度为570HV～610HV,是传统工艺获得的316L不锈钢板材硬度(约为200HV～300HV)的2倍左右; 316L不锈钢增材成型件的钻削轴向力远小于传统工艺获得的316L不锈钢板材的钻削轴向力。激光熔覆增材制造技术能显著提高材料硬度并改善其切削加工性能。     

激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用

激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术,可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能,为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用,采用DiMetal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V,并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和DiMetal系列激光选区熔化设备,设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明DiMetal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造,这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。     

基于激光原位预热的连续纤维增材制造层间强化机理研究

连续纤维复合材料增材制造具有成形自由度高、材料利用率高、模具依赖度低等优点,能够实现复合材料的快速低成本一体化制造,满足航空航天等领域复材构件短周期高性能的成形需求。但基于层层堆积成形原理的连续纤维复合材料制件层间性能较差,在长期使役过程中极易出现分层失效,严重限制其广泛应用。本研究提出了基于激光原位预热的连续纤维增材制造成形方法,通过建立基于“生死单元”技术的有限元仿真模型,揭示了激光预热对增材制造成形温度分布及其演变规律,并通过实验验证了其对改善成形制件层间性能的有效性,最终获得了激光预热的层间强化机理。结果表明,激光预热能够快速加热样件表面温度,促进层间树脂的熔合粘接,并进一步促进成形丝材的重熔浸渍,相较于未经预热样件,激光预热后层间剪切强度最大提升115%。     

一种低功率实现高表面质量的细丝增材制造试验研究

针对在轨制造功率约束与金属增材成形高能量输入的矛盾问题,提出一种激光焦耳复合热源金属细丝增材制造工艺,激光功率仅约50 W,成功制造了宽高比高达40的薄壁结构,使用焦耳热加热丝材可以大大减少激光的功率,从而控制总的热输入,并对成形过程进行有效的热量管理,引入热阻概念进行递变参数优化的方法,有效减小了增材制造特有的台阶效应,成形件表面质量好,表面粗糙度Ra小于5 μm,优于激光选区熔融（Selective laser melting,SLM）工艺,同时,成形件无气孔和裂纹等缺陷,成形件的抗拉强度、致密度以及硬度分布等性能指标,也很接近制造原材料。结果表明,该激光焦耳细丝沉积（Laser Joule fine wire deposition,LJ-FWD）工艺,可以成为高表面质量零件增材制造的一个有吸引力方案,特别适合应用于太空在轨增材制造的快速成形。     

金属零件的快速制造技术

以316L覆膜不锈钢粉末为烧结材料，进行烧结试验，通过对其工艺方案的总结，介绍了SLS选择性激光烧结技术条件下的金属零件的快速制造技术。     

激光能量密度对SLM成形316L不锈钢表面完整性的影响

采用激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术成形制备316L不锈钢试样,探索了不同激光能量密度对金属增材制造成形质量的影响规律。选取激光功率、扫描间距、扫描速度和铺粉厚度等工艺参数,设计了正交试验,分析了激光能量密度对试件侧表面的表面粗糙度、维氏硬度、致密度、残余应力及表面形貌的影响规律。结果表明,随着激光能量密度的增大,试件侧表面的表面粗糙度与维氏硬度呈现先减小后增大的趋势,致密度和残余应力呈现先增大后减小的趋势,在激光能量密度为70.37 J/mm³时试件表面质量最佳,即最优工艺参数为激光功率P=190 W,扫描速度v=750 mm/s,铺粉厚度h=0.03 mm,扫描间距d=0.12 mm。     

面向21世纪的激光快速成形技术

本文论述了国际上最近迅速发展的快速成形（即增材制造）技术，重点介绍了几种激光快速成形技术，并对有关技术进行了比较分析，最后阐述了该技术的主要优点及应用。     

激光选区熔化成形TC4钛合金显微组织与性能的研究进展

激光选区熔化技术是在精密复杂零部件制备方面应用较广的激光增材制造技术之一,可实现复杂零件的近净成形。从成形工艺参数和固溶时效处理两方面,对现阶段激光选区熔化成形TC4合金显微组织及力学性能控制的研究进展进行了综述,并对其后续发展方向进行了展望。     

电弧增材成形轨迹曲率对熔积层形貌的影响

在高效低成本电弧增材熔积成形过程中,熔积成形轨迹对熔积层形貌有重要影响。为了掌握成形轨迹对熔积层形貌的影响机理,借助于机器人MIG焊技术,以ER316L不锈钢为成形材料,研究了成形轨迹不同曲率半径对圆弧焊道焊宽及余高的影响。结果表明,电弧增材成形圆弧轨迹对电弧形态及熔滴过渡的影响主要来源于磁偏吹效应;在成形速度不变的情况下,随着轨迹曲率的增加,焊宽逐渐变宽,余高整体升高。     

复合式增材制造技术研究现状及发展

形性问题制约金属增材制造技术的发展与应用,复合式增材制造在解决制件形性问题方面效果显著。高度概括了复合式增材制造技术分类方式与主体类别;简要总结了增减材复合制造在制件成形精度和表面质量控制方面的研究进展和技术发展状况;重点评述了增等材复合制造技术类别、成形原理、制造特征和关键问题,以及在制件显微组织、应力状态、宏观性能调控方面的研究现状和主体结论;系统介绍了超声、电磁、激光三类特种辅助能场对增材熔池流动、结晶、固态相变的作用机制,以及特种能场作用下,增材层显微组织状态、力学性能、成形精度的演化规律;展望了复合式增材制造技术未来的发展趋势。     

激光增材制造过程低碳建模与工艺参数优化

激光增材制造是基于高能激光束快速熔覆金属粉末成形的工艺,其工艺过程时间长、能耗大会导致产生大量碳排放,基于此,系统分析激光增材制造过程的碳排放特性,建立激光增材制造过程碳排放模型;在此基础上,以碳排放、粉末利用率及熔覆质量为优化目标,建立激光增材制造过程工艺参数多目标优化模型,提出一种结合改进非支配排序与人工鱼步长人工鱼群求解算法,解决模型求解后期寻找参数解集盲目性大、目标函数解集均匀性差问题,通过熵权-灰色关联分析综合Pareto最优解集法获取最优工艺参数组合。最后,以LDM4030激光增材制造装备为试验平台进行激光熔覆试验,试验结果表明：该模型及算法可有效降低激光增材制造过程碳排放,提高粉末利用率,保证熔覆质量,为我国激光增材制造装备产业实现碳达峰、碳中和提供一条有效途径。     

高能束增材制造钛铝合金的研究进展

选区激光熔化和电子束选区熔化增材制造是较理想的先进高能束增材制造技术.选区激光熔化和电子束选区熔化制备钛铝合金的组织细小,力学性能明显优于铸造合金的,成形后通过合理的热处理工艺,合金能获得良好的高温抗蠕变性能和延展性.高能束增材制造技术很好地解决了传统钛铝合金构件成形问题.综述了钛铝预合金粉末的制备工艺、选区激光熔化和...     

电弧增材成形非均质结构材料的组织与性能

采用双丝PMIG焊接机器人,进行电弧增材成形非均质结构材料的试验,分析了增材成形结构材料的微观组织和力学性能。试验结果表明,在异材界面处,316L不锈钢硬度值变大,高氮钢硬度值变小;相较于单种结构材料,非均质结构材料依旧保持很高的抗拉强度,同时塑性和延展性提高,吸收冲击功的能力增强,韧性提高。因此,电弧增材成形的非均质结构材料可为研发各种整体不同性能的新型材料提供方法。     

搭接率对送丝激光熔覆层的影响

以316L不锈钢焊丝为原材料,利用光学金相显微镜观察不同搭接率(OL,overlap)下同轴送丝激光增材制造(Co-WLAM,coxial wire laser additive manufacturing)的平面熔覆层的表面和截面形貌。通过分析熔覆层表面起伏值和截面组织形貌,得出Co-WLAM在单层平面熔覆中合适的OL范围为40%～60%,若OL过小,会得到波浪形起伏的表面;OL过大,则会出现过度搭接或成形缺陷问题。     

选区激光熔化成形316L不锈钢零件中的缺陷及形成机理研究进展

选区激光熔化(SLM)是目前应用最广泛的金属增材制造技术之一。SLM成形零件中不可避免会产生许多缺陷，包括孔隙、表层粉末球化、裂纹等；缺陷的形成不仅会影响成形过程的顺利进行，也会破坏零件内部完整性，降低零件的服役性能。对SLM成形316L不锈钢零件中孔隙、表层粉末球化、裂纹3种缺陷的主要特征进行了综述，对这3种缺陷的形成机理和影响因素进行了总结，提出了控制缺陷的主要措施，最后给出了今后的研究方向。     

基于RSM的激光增材制造316L不锈钢尺寸精度研究

为了实现选区激光熔化成形精度工艺参数的优化,采用响应面法对选区激光熔化316L不锈钢的成形尺寸精度进行研究。结果表明,响应面模型的预测值与试验值具有良好的相关性,激光功率和扫描速度对尺寸精度具有显著的影响,且随着激光功率的增大和扫描速度的减小其成形的尺寸绝对误差越大,对选区激光熔化成形尺寸精度的控制具有重要意义。     

TiAl基合金的增材制造技术研究进展

TiAl基合金是一种新型的轻质高温结构材料,在航空、航天领域具有很好的应用前景.增材制造技术作为一项先进的快速近净成形技术,非常适合用于具有复杂结构、高精度要求的发动机高温结构件的制造.在分析相关文献的基础上,评述了国内外TiAl基合金增材制造技术主要研究进展,包括激光熔化沉积、激光选区熔化、电子束选区熔化和电弧熔丝等增材制造方法的原理、优势和最新进展情况,以及TiAl基复合材料和有关梯度材料的研究现状,分析了现阶段TiAl基合金增材制造技术的不足,并在增材制造用TiAl基合金成分设计、工艺优化与组织性能改善、新型TiAl基材料开发和复合增材制造技术探索等方面提出了展望.     

L-SS:大功率金属激光熔覆-熔化-烧结成形制造平台

正在激光三维增材成形技术领域中,激光熔覆沉积成形——LCD*(Laser Cladding Deposition)和选择性激光熔化成形——SLM(Selective Laser Melting)是最为重要的无偏析和高柔性金属成形技术。LCD可将金属熔滴沉积在任意界面,可完成尺寸大、重量重、高性能、高可靠性的金属结构件,因而受到航空等高端制造界的青睐。SLM是三维打印家族中,在成形件的复杂程度方面,名列第一,可完成嵌套性、蜂窝性和三维曲线腔管     

316不锈钢粉末直接激光烧结的球化效应

采用直接金属激光烧结的方法,对316不锈钢粉末进行了一系列激光烧结实验。实验发现,由于液相粘度较高、表面张力大以及熔体材料不浸润固相颗粒和基板等因素的影响,导致烧结过程中出现球化现象。球化的出现,一方面导致形成球形的液滴表面和不连续的烧结线,妨碍下一粉末层的铺放,不利于烧结的顺利进行,严重时还将会导致无法烧结成形;另一方面也使得烧结层留有大量孔隙,强度很低,成形质量不高。分析了316不锈钢粉末球化效应产生的原因,讨论了工艺参数对316不锈钢金属粉末烧结成形的影响。