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。     

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。     

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...     

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。     

激光增材制造吸能结构研究进展

激光增材制造通常被称为激光3D打印,它是20世纪80年代发展起来的快速成型技术(Rapid Prototyping,RP),可以直接将复杂的3D Computer Aided Design (CAD)结构模型加工成实际物体。激光增材制造技术的出现为开发复杂几何图形提供了一个平台,并在原产品的设计空间内降低了产品的成本和生产时间。吸能材料和结构,主要依靠在碰撞中快速地吸收撞击能量,减少撞击物的撞击加速度,最大限度地降低被撞物的伤害。近年来,新型吸能结构材料和功能材料层出不穷,同时由于增材制造技术自身的低成本、生产周期短、可制造精密复杂结构的特性,两者得到了完美的结合。由于吸能结构在众多研究领域中得到广泛的关注,几乎所有的主要行业都在享受着吸能结构所带来的好处。因此,本文旨在对吸能结构的各种晶格形态、设计和增材制造技术进行全面综述。此外,本文还介绍了该结构的优越性能、应用和面临的挑战。     

7075铝合金电弧增材制造工艺建模与气孔率预测

研究了工艺参数对电弧增材制造堆积7075铝合金气孔率的影响规律,建立了堆积金属气孔率关于送丝速度、电弧枪行走速度、保护气流量的工艺模型,并基于该模型进行工艺优化。研究结果表明:较高的保护气流量有利于阻碍气相中氢组分向熔池中溶解,降低堆积金属气孔倾向;送丝速度较低或电弧枪行走速度较快有利于获得较浅的熔深,使氢气泡易于逸出以降低堆积金属气孔率。建立的7075铝合金电弧增材制造工艺模型可对气孔率进行有效预测,预测误差率小于5%。基于该模型优化出送丝速度6.7 m/min、电弧枪行走速度708 mm/min、保护气流量20 L/min的电弧增材制造工艺可使得7075铝合金成形良好,气孔率小于10%。     

铝合金侧向搅拌摩擦增材制造工艺参数对增材区成形的影响

在2024铝合金基板上进行了6156铝合金侧向搅拌摩擦增材制造试验,研究了增材工具行进速度与旋转速度对增材区成形的影响.研究表明,增材工具的行进速度与旋转速度会通过改变塑性流动金属所受的挤压摩擦作用及整体热输入的大小影响增材制造中塑性金属的流动趋势以及增材条料间的结合程度;随着增材工具行进速度的降低与旋转速度的增加,增...     

焊接增材制造研究新进展

焊接增材制造技术作为一种新的制造技术,近些年来得到了世界各国的重视。简要介绍了金属材料增材制造的特点,重点阐述了近年来国内外采用不同焊接方式进行增材制造的研究,并分析了各种焊接增材制造技术的优缺点。由于目前对于增材制造技术的研究还没有一个详细的、完善的体系,提议建立一个类似"材料基因组计划"的数据库,各研究机构之间共享数据,必定会促进增材制造技术的飞速发展。     

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。     

增材制造技术的发展

增材制造技术是近30年快速发展的特种加工技术,其优势在于三维结构的快速和自由制造,被广泛应用于新产品开发、单件小批量制造。通过对增材制造技术设备和应用情况的介绍,阐述了我国增材制造技术的发展趋势和关键技术。未来增材制造技术将向着三个方向发展:一是日常消费品制造方向;二是功能零件制造方向;三是组织与结构一体化制造方向。     

增材制造机床产品标准体系的构建

通过对增材制造产业发展概况、国内增材制造机床产品标准现状的介绍,初步建立了增材制造机床产品标准体系框图,为今后开展增材制造机床产品标准的制修订和相关标准化工作提供依据。     

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.     

环形凸筋模具设计及参数化建模

环形凸筋作为油箱箱体中的主要零件,其压制成形的精度和质量直接影响整个油箱的强度.通过对环形凸筋结构的分析,设计出合理的环形凸筋模具.经过生产实践,该模具压制成形的环形凸筋尺寸符合要求.在此基础上,利用UG将模具进行参数化设计,针对不同规格的环形凸筋,只需输入主要参数数值即可快速生成三维模型,大大提高了模具设计效率,保证...     

基于增材制造技术的非晶合金研究进展

近年来,为了满足具有大尺寸复杂结构的非晶合金构件的市场需求,具有高度柔性化成形、机加工量小和成形精度高等特点的增材制造技术被成功应用于制备块体非晶合金。本文基于国内外块体非晶合金增材制造成形领域的最新研究成果及作者们多年来在该领域的研究工作,系统介绍了现有非晶合金增材制造技术的研究现状,详细阐述了非晶合金在各类增材制造技术中的成形机理和性能方面的研究进展,深入探讨了现有非晶合金增材制造成形的技术难点,详细阐明了非晶合金增材制造成形工艺 - 组织结构 - 性能间内在联系,指出制备高质量高性能非晶构件将是块体非晶合金增材制造成形领域未来研究的重要方向。     

金属增材制造工艺、材料及结构研究进展

金属增材制造技术相比于传统制造技术有很大的优势,已经在很多领域得到了应用。基于金属增材制造工艺、材料以及结构的研究现状,分析当前的研究热点以及发展趋势。结果表明：金属增材制造当前的研究热点是材料应用、仿真模拟、智能检测和热处理强化,而且质量评估没有统一的标准;金属增材制造未来发展的趋势是建立标准材料工艺数据库、多材料打印工艺研发、仿真优化模拟、智能化监测管理和热处理强化工艺研发。     

面向机器人激光增材制造的机器视觉系统标定算法

随着现代智能制造的快速发展,金属增材制造、绿色再制造、焊接等领域大量使用机器人等自动化装备,视觉传感是机器人智能制造的关键环节.针对上述需求设计了一套基于线结构光的视觉传感器,并对其进行标定,自主开发了用于机器人激光增材制造的机器视觉系统.该系统通过Matlab相机标定工具包实现相机的内外参数标定,利用Labview编...     

IN718合金增材制造温度场仿真及微观组织分析

针对微观组织的调控相关问题,构建了IN718材料激光选区熔化(selective laser melting,SLM)温度场仿真的三维有限元模型,研究了激光功率和扫描速度对熔池温度场和凝固机理的影响,进而预测增材制造材料的微观组织,为微观组织的调控提供理论依据.首先分析了激光功率和扫描速度对熔池尺寸的影响,分析了不同工...     

增材制造技术在铸造中的应用

增材制造技术在铸造中的应用是增材制造技术应用的主要领域之一.它可在无模具条件下直接制备铸造型(芯)、快速浇注复杂铸件.将增材制造与传统铸造技术相结合,打破了传统铸造工艺束缚,提高了铸造柔性,改善了铸造环境;可实现零件"自由铸造",极大减少加工工序,缩短制造周期.本文概述了增材制造技术的基本原理及其国内外发展概况,重点介...