基于SLM工艺的航空铝合金支架的轻量化设计

金属增材制造技术以其可以高效成型复杂结构的优势,逐渐成为一种成熟的制造手段。金属增材制造在可以成型复杂结构的零组件整体,在减少连接机构和连接工艺的同时,也可以成型出传统工艺无法成型的空前形状结构的部件,从而达到轻量化的目的。文中通过有限元分析对原始设计进行了数值计算,随后通过拓扑优化、形状优化等手段,对其进行结构上的重新设计。该设计结合了激光选区熔化(SLM)的成型优势,最终使质量减轻24.5%,工况加权刚性提升38.3%,框架体积减少12.2%,位移量最大减少32.7%。

LBO晶体直接倍频获得488nm激光

利用LBO晶体直接倍频波长为976nm的连续半导体激光二极管,获得了波长为488nm的连续蓝光输出,最大输出功率25mW。设计并分析了一个用于976nm激光倍频的L型谐振腔,并在实验基础上,制成了一台小型全固态488nm连续蓝光激光器。

基于SLM工艺的航空支架优化设计

激光选区熔化(SLM)是一种通过使用激光熔化金属粉末层成形的增材制造工艺,没有传统工艺的设计约束。但基于SLM的结构设计也需遵循一定的设计规则,从而兼顾效率、成本和成形稳定性。本文对轻量化航空铝合金支架的SLM工艺性进行分析,包括成形时间、消耗、后处理难度和稳定性。后结合SLM成形特点对原始结构进行重新设计,研究更复杂结构的机械性能和SLM工艺性,得到一个优化结构。优化结构重量减轻24.5%,工况加权刚性提升38.3%,位移量最大减少32.7%,在缩放系数为0.5的条件下,成形时间减少38.6%,材料用量大幅减少65.6%,优化结构没有内部支撑,后处理难度得以降低,整体成形稳定性提升明显。

基于噪音估计的散斑干涉相位条纹图像的卷积神经网络图像去噪

散斑干涉的获取的相位条纹图像由于光照条件,摄像设备以及工作环境等因素的影响常常会引入噪音,噪音的存在使得后续的图像分析处理工作难以进行。随着计算力的发展,人工神经网络是近年来兴起的一种新的去噪方法。然而,在应用卷积神经网络进行处理时,由于样本数量的不足,难以获得非常好的效果。本文参考卷积神经网络的工作原理,对去噪卷积神经网络进行了一点改进,在神经网络的前端加入了一个基于噪音估计的学习率计算模块,使得学习过程中神经网络能够更好的学习到噪音特征,将其应用于相位条纹图时获得了不错的效果。

制造用高功率激光器光束质量的评价与测量

建立了制造用高功率激光器光束质量的评价体系与测量方法,研究了该体系所采用的评价参数、测量原理、测量方法、测量仪器以及测量结果的计算和分析方法。首先,对目前存在的评价激光光束质量的参数进行了比较和判断。接着,以光束传输比(M2)和光束参数积(Kf)为重点,阐述了光束质量评价参数与光束束宽定义之间的关系,提出了工业应用背景下光束质量的评价参数。最后,介绍了基于实测目的的光束质量测量方法和实际测量结果。测量结果显示,DC035Slab CO2激光器的Kf值为3.78 mm.mrad,TLF6000tCO2激光器的Kf值为8.67 mm.mrad,表明Kf值是评价制造用高功率激光器光束质量的较为合适的参数。由于该值是在实际光束传输路径上不同位置处对光束束宽进行测量后用双曲线方法拟合得到的结果,所以更好地反映了高功率激光束的传输和聚焦性能,诠释了激光制造系统的制造能力。

金属粉末激光选区烧结行为的研究

介绍了用CO2和YAG两种波长激光进行选区激光烧结的方法,并对用两种激光烧结不同金属粉末的行为进行了试验研究.结果表明,不同激光烧结同一种金属粉末,烧结效果不同.用YAG激光烧结钻基金属粉未时,球化效应严重,很难连续烧成形,而用CO2激光烧结时,情况大为改善.同一种激光烧结不同金属粉末,结果也不同,用CO2烧结铁粉金属比烧结铅粉更容易连续烧结成形,而用YAG激光烧结铅粉则较容易烧结成形.同时对激光烧结钴基粉末和铅粉产生的球化效应进行了分析,认为激光与材料作用后,粉末材料和熔化状态的润湿性对球化效应起主要作用,选择低熔点金属粉末烧结有利于减少球化效应,提高金属粉末激光烧结成形的精度.

紫外激光辐射区肝组织β连环蛋白及过氧化物酶体增殖物激活受体γ蛋白的表达

背景:研究表明经典的wnt信号途径可通过抑制成脂分化关键因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ而抑制细胞向脂肪细胞的分化。目的:观察紫外光辐射肝组织致创后自然恢复期不同阶段β连环蛋白及过氧化物酶体增殖物激活受体γ的表达。方法:将雄性SD大鼠随机分4组:激光致创组大鼠是以355nm紫外激光辐射肝叶形成损伤区,器械致创对照组则以手术剪肝叶致创,假手术组仅做腹部切开及缝合,正常组大鼠仅实施正常喂养。结果与结论:紫外激光可在肝组织形成边缘整齐的消融区并在周围形成可自然修复的有限致损区域。免疫组织化学图像平面测量表明紫外激光辐射后自然恢复1周大鼠肝组织中β连环蛋白表达低于各对照组(P<0.01),而自然恢复表达β连环蛋白辐射区周围组织表达高于正常(P<0.01)。蛋白印迹结果显示辐射致创组辐射后自然同时过氧化物酶体增殖物激活受体γ蛋白2周恢复高于1周恢复(P<0.01),且恢复期肝组织中可同时表达过氧化物酶体增殖物激活受体γ1及2。结果证实,辐射区旁组织自然恢复各阶段存在不同的β连环蛋白及过氧化物酶体增殖物激活受体γ表达调控,2周自然恢复后辐射区旁组织成脂进程得到加强。

高功率半导体激光堆栈双波长合束及聚焦系统

针对两种波长的直接高功率半导体激光堆栈,为适应半导体激光在材料加工方面的需求,设计一种双波长合束及长焦距光学系统。首先,利用快慢轴准直镜对两种波长的激光堆栈进行初步准直,然后,用双波长合束镜将其合束。进而,利用倒置开普勒望远系统原理对慢轴光束进一步扩束准直,最终,用快慢轴聚焦镜实现同步聚焦。利用光参数积原理对聚焦系统进行理论分析,并根据瑞利长度公式计算出焦深。用ZEMAX软件对整个光路进行光线追迹,得出模拟结果。根据理论分析和软件模拟,开展相应实验。经合束和聚焦,实现焦距300 mm,焦点尺寸2.0 mm×4.0 mm的聚焦光斑,输出功率5 000 W,功率密度达104瓦级。最后讨论该系统影响因素。聚焦光斑可用于激光熔覆,表面处理等工艺。

微机械的激光三维微成型技术

提出用纳米粉与激光三维快速成型相结合,进行激光三维微成型的新思想,将激光直接粉末沉积技术(DLPD)扩展到纳米粉进行微成型。指出将激光技术、纳米技术与快速成型技术相结合,是今后激光三维微成型的重要发展方向。

成分/性能连续变化梯度材料激光成形送粉系统设计

针对成分及性能连续变化功能梯度材料(以及功能零件)激光成形制造工艺对多粉末束流成分及送粉量需实时变化的难点,研制开发粉末输送量连续可变的四路联动送粉系统;阐述了该系统的机械设计及电气控制原理;通过Fe313合金粉末输送工艺试验,实现送粉量的多斜率线性函数连续变化;使用Ni25自熔合金粉末,采用6kW CO2激光器,进行熔覆工艺试验,获得了厚度连续变化的单道熔覆层.

用于千瓦级直接半导体激光堆栈的聚焦光学系统

针对2 750 W直接大功率半导体激光堆栈输出的矩形光斑,设计了一种长焦距光学系统用于激光材料加工。首先,对整形光路进行了理论分析,利用倒置开普勒望远系统原理对慢轴光束进行扩束和准直,再利用聚焦镜实现快慢轴同步聚焦。推导出了快慢轴聚焦光斑大小的公式并计算出焦深理论值,分析了聚焦光斑大小的影响因素。接着,用ZEMAX软件模拟了LD stack光源和整个光学系统并进行了光线追迹,得到了模拟的光束变化形式及聚焦光斑尺寸。最后,进行相应的实验验证,实现了1.5 mm×4.0 mm的焦点光斑,焦距250 mm,焦深18.6 mm。讨论了整个聚焦光学系统性能的优缺点以及今后的改进方向。这种聚焦方法可以得到长焦距高功率密度聚焦光斑,满足激光熔覆、表面处理等工艺对光源的要求。

高亮度蓝光半导体激光器光纤耦合技术

随着蓝光半导体激光器的发展和应用范围的拓宽,利用合束技术来获得高亮度的蓝光光源已经成为研究的热点。为了获取高亮度的蓝光输出,本文应用光学设计软件进行模拟仿真,将48只波长为450 nm、输出功率为3.5 W的单管半导体激光器通过快慢轴准直和空间合束,聚焦耦合进105μm/0.22NA的光纤中,可获得功率为144.7 W、亮度为11 MW/(cm^(2)·str)的蓝光输出,耦合效率为93.78%,整体系统的光-光转换效率为86.13%。

激光快速成型送粉器及其特性

针对激光快速成型送粉器进行了研究,讨论了激光快速成型技术和工艺中所要涉及到的关键问题,指出送粉器的送粉特性对激光快速成型质量会产生决定性的影响.以现有的6种送粉器为例,详细说明了送粉器的几种典型送粉原理.最后列表分析了此类送粉器在原理、特性及应用上的异同.分析结果表明:需要研制小载流气体流量（<1L/min）、能输送更小颗粒粉末（尺寸<1μm）的送粉器,例如纳米相级送粉,并对送粉原理进行进一步改进.

调QNd∶YAG环形腔外腔倍频技术研究

用磷酸氧钛钾 (KTP)作为倍频晶体 ,对Nd∶YAG声光调Q激光的环形腔外腔倍频技术进行了实验和理论的研究 ,利用最大平均功率 5 0W、声光调Q、输出频率 10 0 5Hz、灯抽运Nd∶YAG激光器做为基频光光源 ,在基频输入功率 35W时 ,获得了大约为 31.4 %的光光转换效率的绿光输出。从实验结果分析了环形腔倍频的特性 ,指出了该方法的优缺点。从光束质量和聚焦光斑直径方面 ,对基频光和二次谐波进行了比较 ,提供了利用CCD测得光斑的部分图片 ,分析了环形腔倍频的工作原理 。

高转换效率Nd∶YAG倍频激光器

介绍了两种Nd∶YAG倍频的方法 :折叠腔腔内倍频和腔外环形腔倍频 ,并着重对腔外环形腔倍频进行了研究 ,这种方法在 1kHz调QNd∶YAG激光 5 0W平均功率输入的情况下 ,获得了 1 7 5W平均功率的绿光输出 ,光 光转换效率达 35 % ,较好地解决了激光微细聚焦问题 。

KTP晶体环形腔外腔倍频Nd∶YAG激光光束特性的研究

为了解决精细聚焦问题,采用Nd∶YAG倍频技术以获得短波长激光器。在激光烧结技术、获取短波长激光的方法、短波长激光光束特性等方面进行了研究和探讨。从理论和实验两方面,研究了利用KTP晶体对Nd∶YAG激光进行环形腔外腔倍频的方法。这种倍频所利用的基频光最大平均功率为50W,采用声光调Q技术,频率约为1005Hz。当基频光平均功率约为35W的情况下,实验中光光转换效率约为314%。利用BEAMCODESYS光束质量分析系统对二次谐波与基波光束质量进行了比较,并比较研究了二次谐波与基波的聚焦特性。实验中测定的二次谐波TEM00模所占比例约为95%。利用短波长可以获取更小聚焦尺寸,可以在激光粉末成型中得到更微小的成型尺寸,展示了二次谐波在微成型方面应用的初步成果。

1.5μm外腔式Ba(NO_3)_2人眼安全拉曼激光器

以1.34μm脉冲激光为基频光,Ba(NO_3)_2晶体作为拉曼晶体,通过一阶受激拉曼散射效应,产生1.56μm一阶Stokes人眼安全激光的外腔拉曼激光器。基频光由以准连续激光二极管(LD)侧面泵浦Nd:YAP(掺钕铝酸钇)晶体,BBO(偏硼酸钡)晶体电光主动调Q产生。运用ABCDEF扩展矩阵论,使用RP Resonator软件计算光束半径随腔内位置的变化,设计腔内元件位置,提高拉曼转换效率。通过实验,得到波长为1 344nm,重复频率为20Hz,脉宽为38ns,单脉冲能量为19.2mJ时,产生1 562nm波长的一阶Stokes光,最大单脉冲能量为1.83mJ,脉宽为9ns,基频光到一阶拉曼光的最大光光转换效率约为15.24%,转换效率随着基频光脉冲能量的大小先增加后减小。

1.34μm全固态电光调Q Nd:YAP激光器

报道了基于TEC(半导体制冷器)温控的激光二极管(LD)侧面泵浦的脉冲Nd:YAP(掺钕铝酸钇)激光器,采用BBO(β相偏硼酸钡晶体,β-BaB2O4)电光调Q,腔内不加入任何偏振元件,使用平平腔和平凹腔在重频20 Hz时分别得到了1.34μm单脉冲能量12.00mJ和11.45mJ,在平平腔结构下,得到最短脉宽38ns。实验还对平平腔结构下1.08μm的输出特性进行了实验研究,采用相同的平平直腔结构,在重频20Hz最高可获得1.08μm单脉冲能量28.5mJ,脉宽27ns。

半导体抽运Nd∶GdVO_4主动调Q被动锁模激光器

报道了两种Nd:Gd VO4主动调Q被动锁模激光器,利用自锁模(KLM)和半导体可饱和吸收耦合输出镜(SOC)锁模两种不同的被动锁模方式,分别与电光(EO)主动调Q元件相结合,获得了稳定的调Q锁模脉冲。主动调Q自锁模脉冲调Q包络重复频率为3 k Hz,包络脉宽约1.2μs,包络下锁模脉冲重复频率为159 MHz,锁模脉宽约963 ps。主动调Q SOC锁模脉冲调Q包络重复频率为10 k Hz,包络脉宽约300 ns,包络下锁模脉冲重复频率为159 MHz,锁模脉宽约491 ps。分别提出了自锁模等效快饱和吸收体损耗和SOC的非线性损耗表达式,并给出了主动调Q自锁模激光器和主动调Q SOC锁模激光器的速率方程组。对比了两种主动调Q被动锁模激光器的输出特性,结合速率方程,提出了主动调Q SOC锁模受到两种锁模方式的叠加作用。

激光制造的短流程优势

通过对激光切割取代冲孔和修边模具,车身总装过程中激光焊接取代电阻点焊,以及车身不同部位不同厚度覆盖件的激光焊接的研究,展示了激光制造技术在汽车制造领域中的优势。介绍了激光宽带熔覆技术,与传统粉末冶金烧结工艺相对比,该激光制造短流程工艺不仅能够提高生产率、缩短制造工艺流程,而且能够降低成本、节约能源。