水溶性氧化钙陶瓷型芯的挤出式3D打印参数优化与表面精度控制研究

挤出式3D打印成形水溶性氧化钙陶瓷型芯可高质高效成形复杂内腔铸造构件,铸件内腔的残留型芯用水溶解即可快速清理,在复杂内腔构件精密铸造领域具有较大的应用潜力。以针头内径、层高/内径比值、打印速度和内部填充方向四个关键工艺参数进行四因素三水平正交试验,通过对不同工艺参数的3D打印成型坯体进行表面粗糙度测量与统计,采用极差分析确定各个打印参数对坯体表面质量影响的主次顺序,并得到挤出式3D打印氧化钙陶瓷型芯的最优打印参数。结果表明,内部填充方向对型芯坯体表面成形质量有显著的影响,当内部填充方向与外轮廓呈45°和90°时,内部填充浆料与外轮廓层有较多的拐点,拐点处的成形方向发生突变,进而造成挤出压力方向发生突变并作用于外轮廓层,外轮廓层变得凹凸不平,层层堆积成形的坯体表面粗糙度较大、表面质量较差。当针头内径为0.41 mm、层高/内径比值为70%、打印速度为20 mm/s、内部填充方向与外轮廓层平行时,坯体表面粗糙度最小,型芯坯体表面质量最好。通过增加外轮廓层数来可以有效地减小甚至消除填充方向对坯体表面粗糙度的影响,当外轮廓增加至两层时型芯坯体表面粗糙度降低了近22%,这对水溶性陶瓷型芯的快速精...     

采用CO2激光器进行激光雕刻工艺研究

采用CO2激光器可以对许多材料进行雕刻,效果十分理想。通过对各种材料进行CO2激光雕刻实验研究,并比较、分析雕刻效果,从而找出每种材料最佳雕刻工艺参数,形成雕刻工艺参数库,为实际应用提供技术支持,具有重要的实际意义。由于激光本身的一系列优点,该技术在工业生产中具有十分广阔的应用前景。     

激光加工陶瓷坯体工艺的研究及现状

激光加工陶瓷坯体的工艺,可以使陶瓷的加工更加接近于金属的加工过程。该工艺首先通过先进的陶瓷成型技术制备出高度均匀的陶瓷坯体,这一过程非常类似于金属铸造生产的坯锭。结构陶瓷产业链可因此形成互相配合的3个专业板块,即陶瓷粉体、陶瓷坯体（坯锭）和陶瓷产品。陶瓷坯体采用陶瓷粉体批量制备。陶瓷零部件通过激光三维加工坯锭制造各种品种的陶瓷产品。每一个专业板块都是相互独立又相互联系的行业,这样的产业结构必将加速结构陶瓷产业的快速形成,市场前景极其广阔,意义深远。本文介绍了陶瓷凝胶注模成型技术和激光加工的基本原理和工艺过程,着重介绍了目前激光加工技术在陶瓷成型的应用研究。     

碳化硅零件的激光选区烧结及反应烧结工艺

为了获得高密度、高性能、复杂结构的碳化硅陶瓷件,提出采用机械混合法制备含有黏结剂和乌洛托品固化剂的碳化硅复合粉体,对复合粉体进行激光选区烧结（SLS）形成陶瓷素坯,并对素坯进行气氛烧结和渗硅处理,使其与基体发生反应烧结,最终形成复杂陶瓷异形件。实验证明：若激光功率为8.0 W、扫描速率为2 000 mm/s、扫描间距为0.1 mm、单层厚度为0.15 mm,获得的 SLS 陶瓷样品密度和强度最好。对SLS试样进行合理的中温碳化和高温渗硅,所得碳化硅陶瓷烧结体的抗弯强度最高可达 81 MPa,相对密度大于86%。     

LOM技术制备Al2O3和BaTiO3陶瓷件

采用轧膜法制备了用于快速成形工艺中的分层实体造型(LOM)技术的Al2O3和BaTiO3陶瓷片坯件,厚度为0.76mm和0.2mm,然后采用LOM技术进行陶瓷零件的成形,脱脂烧结得到最终产物。对陶瓷坯件进行了TG-DTA热分析,对烧结产物进行了SEM微观组织分析,并测定了机械性能。     

LOM技术制备Al2O3和BaTiO3陶瓷件

采用轧膜法制备了用于快速成形工艺中的分层实体造型(LOM)技术的Al2O3和BaTiO3陶瓷片坯件,厚度为0.76mm和0.2mm,然后采用LOM技术进行陶瓷零件的成形,脱脂烧结得到最终产物.对陶瓷坯件进行了TG-DTA热分析,对烧结产物进行了SEM微观组织分析,并测定了机械性能.     

基于喷射粘结工艺的陶瓷坯体后处理性能调控

商用设备在进行陶瓷坯体成形时不易对坯体组织进行调控,难以成形高致密坯体,且常压后处理强化效果较差.基于自开发成形系统和自有材料,通过调节成形粉末配方、调控铺粉层厚、切换铺粉方法等调控Al2O3坯体的成形组织,成形了相对密度为43.9%的高致密坯体。采用“陶瓷浆料渗透+分步烧结”综合化后处理流程研究了不同坯体组织的渗透强化机理,并以此为依据对预烧结过程进行调控,显著提升了高致密成形坯体的最终性能,常压烧结后相对密度达89.3%,抗弯和抗压强度分别为91.9 MPa和813.2 MPa。该研究所用材料、工艺和装备仪器门槛低、易操作,为制备高性能结构陶瓷提供了一种灵活、快捷的技术方案。     

等静压成型陶瓷义齿坯体制造及测量仿真研究

针对目前陶瓷义齿复杂的制作方法,采用等静压成型技术来实现陶瓷义齿坯体的制作。对义齿坯体的等静压成型过程采用有限元法进行了仿真分析,得到义齿坯体各部分形状位移的变化云图。通过等静压成型实验,压制出了陶瓷义齿坯体。在等静压成型前后对义齿坯体的形状尺寸进行了测量,分析了各点处收缩率的变化,近似得到了义齿坯体的统一收缩率。以实际陶瓷义齿坯体的制作为例,通过对等静压成型过程进行仿真分析,测量得出了该义齿坯体在等静压实验前后的收缩率,验证了这种陶瓷义齿坯体制作方法的可行性、实用性。     

直冷连铸工艺参数对超轻LA141合金板坯温度场的影响

直冷连铸工艺中各铸造参数的互相匹配至关重要,通过有限差分方法,用Visual C++6.0建立了超轻LA141合金扁坯连铸过程中三维温度场的数学模型,讨论了各种工艺参数,如拉坯速度、冷却水流量、浇注温度等对凝固过程中板坯温度场的影响,在此基础上优化了超轻合金LA141合金扁坯直冷连铸工艺参数。结果表明:冷却水流量对液穴深度的影响较小,提高浇注温度和拉坯速度使液穴变深,出结晶器时凝固壳层厚度减小。优化后的工艺参数为浇注温度670~700℃,冷却水流量0.8~1.0 m3.h-1,拉坯速度1.0~1.25 mm.s-1。     

陶瓷球坯模压成形模具的优化设计

分析陶瓷球坯现有模压成形工艺存在的模冲球窝深度浅、球坯环带大等不足,对压制模具进行优化改进,为便于脱模和提高陶瓷球坯的成品率,设计了脱模顶出机构,加大了上下模冲的球窝深度,使模压陶瓷球坯环带的宽度更窄,减小了陶瓷球坯的修磨量,提高了陶瓷球的性能和质量。     

准分子激光加工参数对表面形貌影响的模糊分析

采用准分子激光微细加工方法 ,选用不同的工艺参数加工Al2 O3 陶瓷材料试件。通过表面轮廓仪测量并计算表面形貌统计参数。分析了激光加工工艺参数对表面形貌的影响 ,利用模糊分析方法 ,就激光器的放大器电压、激光脉冲频率、激光扫描速度等工艺参数对表面形貌轮廓均方根值Rq 的影响进行了评价。结果表明 ,Rq 值随激光器的放大器电压和激光脉冲频率的增大而增大 ,随激光扫描速度的增大而减小。分析得出 ,激光加工工艺参数对表面形貌的影响程度不同 ,由大到小依次为激光扫描速度、激光脉冲频率、放大器电压。因此 ,可以通过合理地选择工艺参数获得所需求的表面形貌 ,为表面微观形貌修饰提供了参考依据。     

基于正交试验的Al2O3陶瓷激光铣削试验

Al2O3陶瓷激光铣削工艺受多种因素影响。基于正交试验方法优化陶瓷激光铣削参数组合,采用极差分析得到了各因素对铣削深度的影响程度大小,并以此为基础优化工艺参数,进行Al2O3陶瓷圆形型腔的激光铣削试验。结果表明:各因素对激光铣削深度的影响大小顺序依次为激光功率、扫描速度、搭接量、离焦量。采用优化后的工艺参数进行加工,单层铣削深度可达到0.4mm,铣削效果令人满意;未吹除的表面熔渣大大增加了加工件表面粗糙度,应增加辅吹气体气压来改善加工件表面质量。     

Rapid prototyping machine based on ceramic laser fusion

This paper proposes an automatic machine using a new process, ceramic laser fusion, for rapid fabrication of ceramic parts. The machine comprises three parts: a laser scanning system, a green layer paving system, and a control system. In order to control the working procedure of layer paving and scanning process, a process computer is connected to an X–Y table, a PLC and a path/laser controller. An even green layer of 0.15 mm thickness could be paved accurately using ceramic slurry by a layer paving device. After drying by an infrared heater, the green layer could be fused to form a ceramic layer by a CO₂ laser and then a 3-D ceramic workpiece could be fabricated layer by layer automatically. The time spent on fabricating a 25×25×0.15 mm ceramic specimen was 3 min. The SEM micrograph of the melted ceramic layers shows that ceramic green layers can be fused together.     

激光钎焊多层金刚石磨粒Ni-Cr合金成形工艺研究

为实现多层金刚石磨粒逐层激光钎焊成形,从单道扫描到单层扫描,再到多层扫描,系统研究了镍铬合金与金刚石磨粒的多层激光钎焊工艺。通过提取钎焊道与层的截面成形特征参量,对钎焊层截面成形质量进行参数化评价,并结合钎焊层表面形态,对钎焊层综合成形特性进行评价和讨论,研究了工艺参数对钎焊成形的影响。研究结果表明：激光功率与扫描速度是影响钎焊成形的重要因素,不仅影响着合金粉末的熔合程度、熔池宽度,还影响金刚石的分散状态和钎料对金刚石的浸润包裹性,最终影响钎焊层的平整性。当道与道之间的搭接率为30%~40%时,钎焊成形质量较好。在采用逆向扫描策略,扫描道数为10、固定激光功率为700 W、扫描速度为15 mm/s、光斑直径为1.5 mm、搭接率为30%的条件下,实现了多层磨粒的激光逐层钎焊成形,钎料对金刚石浸润包裹充分,钎焊层中间区域平整连续,整体成形质量好。     

Al2O3陶瓷薄片CO2连续激光弯曲试验研究

脆性材料的激光弯曲成形技术是激光快速成形技术的重要应用,有着广阔的应用前景。本文通过改变激光功率、扫描速度等工艺参数,利用CO2连续激光对氧化铝陶瓷薄片进行弯曲试验,同时引入线能量密度来寻求适合弯曲的最佳工艺参数,并结合氧化铝陶瓷的高温性能分析了其激光弯曲特点。试验结果表明：采用CO2连续激光可以对氧化铝陶瓷薄片进行弯曲,弯曲角度可达2°;氧化铝陶瓷的激光弯曲过程具有强烈的温度敏感性,当试样表面温度大于临界温度时,弯曲角度迅速增加;适合弯曲的最佳线能量密度范围为17～24 J/mm 。     

基于线结构光的桌面3D扫描技术

为了研究基于线结构光的桌面3D扫描系统,将3D扫描所需进行的各项扫描仪标定工作进行了实验,使之得以在人较少参与的情况下自动完成。对图像进行了扫描算法研究,搭建了一套由摄像头、控制板、激光器以及上位机组成的装置。对摄像机进行了标定并通过实验验证了其获得结果的准确性。同时利用光平面方程对光平面进行了标定,利用阈值法和灰度重心法相结合,对光条中心进行提取。通过对物体三维扫描将所得扫描结果与扫描实物进行了对比,分析了系统的误差。该系统具有价格低廉,使用方便等特点。     

Analysis and comparison of laser cutting performance of solar float glass with different scanning modes

Cutting quality and efficiency have always been important indicators of glass laser cutting. Laser scanning modes have two kinds, namely, the spiral and concentric circle scanning modes. These modes can achieve high-performance hole cutting of thick solar float glass using a 532-nm nanosecond laser. The mechanism of the glass laser cutting under these two different scanning modes has been described. Several experiments are conducted to explore the effect of machining parameters on cutting efficiency and quality under these two scanning modes. Results indicate that compared with the spiral scanning mode, the minimum area of edge chipping (218340 µm²) and the minimum Ra (3.01 µm) in the concentric circle scanning mode are reduced by 9.4% and 16.4% respectively. Moreover, the best cutting efficiency scanning mode is 14.2% faster than that in the spiral scanning mode. The best parameter combination for the concentric circle scanning mode is as follows: Scanning speed: 2200 mm/s, number of inner circles: 6, and circle spacing: 0.05 mm. This parameter combination reduces the chipping area and sidewall surface roughness by 8.8% and 9.6% respectively at the same cutting efficiency compared with the best spiral processing parameters. The range of glass processing that can be achieved in the concentric circle scanning mode is wider than that in the spiral counterpart. The analyses of surface topography, white spots, microstructures, and sidewall surface element composition are also performed. The study concluded that the concentric circle scanning mode shows evident advantages in the performance of solar float glass hole cutting.     

Influence of laser heat treatment on microstructure and properties of surface layer of Waspaloy aimed for laser-assisted machining

In this study, a nickel-based superalloy, Waspaloy, was laser heat treated with diode laser. Single laser tracks were manufactured with different laser beam power densities between 63 and 331 kW/cm², and scanning laser beam speed ranged from 5 to 100 m/min. It was found that laser heat treatment of Waspaloy causes decrease in material hardness—the microhardness in laser tracks is about 300 HV0,1 while the microhardness of substrate is ranged from 300 to 600 HV0,1—which is a positive phenomenon for laser-assisted machining of investigated material. Impacts of laser heat treatment parameters on laser tracks properties were identified for obtaining multiple laser tracks with the most homogenous thickness. Moreover, roughness of heated layers was measured to specify surface quality after laser heat treatment. Multiple laser tracks were produced using different scanning laser beam speed and distances between laser tracks ranged from 0.125 to 1 mm. It was found that if scanning laser beam speed is 75 m/min and distance between laser tracks is equal to or lower than 0.25 mm, in microstructures of multiple laser tracks, cracks are occurring. The most suitable laser heat parameters for obtaining heated layers, and which can be used for laser-assisted machining, were identified as laser beam power density 178.3 kW/cm², scanning laser beam speed 5 m/min, and distance between laser tracks 0.125 mm.     

不同材料的准分子激光修饰表面形貌的分形表征

采用准分子激光加工方法,在相同的工艺参数下加工了脆性材料（A1203陶瓷）和塑性材料（不锈钢、Q235钢）试件.采用分形理论研究了准分子激光加工的不同材料表面的分形特征,通过结构函数法计算了表面微观形貌的分形维数.结果表明：准分子激光加工的不同材料的表面形貌具有不同的分形特性,在相同的加工条件下A1203陶瓷材料表面的分形维数大于不锈钢、Q235钢等塑性材料表面的分形维数,表明脆性材料和塑性材料具有不同的准分子激光加工属性;准分子激光加工表面的分形维数随着激光扫描速度的增大而减小,随放大器电压和脉冲频率的增大而增大,表明可以通过改变加工参数得到不同的分形维数表面.     

高频微振条件下激光焊接组织研究

为了研究振动工艺在激光焊接方面的应用,选用工业纯铁为研究对象,进行不同激光焊接参数与振动频率下的高频微振光纤激光焊接,达到优化接头成形,提高焊接质量的目的。利用超景深显微镜观察焊接接头宏观形貌,利用扫描电镜分析接头微观组织,利用显微硬度计测量焊接接头显微硬度分布。结果表明:在高频微振激光焊接中,施加振动可增加焊接接头熔深。焊缝晶粒细化,表现为振动频率越快,晶粒越细小。振动加速度可以作为振幅的替代参量;当振动频率与材料本身固有振动频率相近时,振动加速度越大,晶粒细化作用不明显。当激光功率为3 000 W、离焦量为-10 mm、焊接速度为1.2 m/min、振动频率为118 Hz、振动加速度为36.1 m/s~2时,焊接接头的整体平均显微硬度由无振动条件下的273.3 HV降低到244.6 HV,且组织晶粒细化最明显。