激光选区熔化设备发展现状与趋势

激光选区熔化技术是金属3D打印中的一项重要技术,近几年得到了快速发展。从激光选区熔化设备厂商及其产品规格、设备结构原理及其发展方向等不同层面介绍了激光选区熔化设备近些年的发展,并结合目前发展现状提出了激光选区熔化技术未来发展趋势。

316L不锈钢等离子增材制造工艺与尺寸预测模型研究

以316L不锈钢粉末为成形材料,通过单因素法研究工艺参数对单层单道焊道尺寸的影响,结果表明送粉速度为5~12 g/min,堆覆速度为300~600 mm/min,堆覆电流在30~50 A为成型质量较好的工艺窗口。通过设计二次通用旋转组合试验,建立一个基于二次回归方程的直臂体尺寸预测模型,输入层为成型工艺中的堆覆电流、堆覆速度、送粉速度,输出层为的宽度和层高。模型得到各参数影响尺寸显著度较高的回归方程,并表明对宽度的影响程度顺序为:堆覆电流>送粉速度>堆覆速度,对层高的影响顺序为:送粉速度>堆覆电流>堆覆速度。采用两组直臂体试验验证模型的准确性并进行力学性能测试,试验结果与预测值的误差均在5%以内,表明模型预测效果较好。并进行力学性能分析,样件拉伸强度达到了560 MPa以上较铸造件的480 MPa有明显提高。

异种材料激光选区熔化界面结构强化机理研究

为了将成形精度高、效率慢的激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)应用于大型复杂结构件生产制造过程中,可在传统机加工基体上SLM成形精密复杂结构。然而不同材料、不同制造工艺的结构在界面处的结合性能制约着整体结构的性能。本研究在机加工制造的低成本Cr8Mo2SiV冷作模具钢上SLM成形18Ni300马氏体时效钢。通过金相显微镜、扫描电镜等对界面结合区域的组织结构以及成分分析,发现界面处增材结构(18Ni300)紧密镶嵌在基材结构(Cr8Mo2SiV)中,形成类似一种齿形镶嵌的结构。界面区域无宏观裂纹产生,表明SLM结构与基材达到良好的冶金结合。在界面区域观察到柱状晶穿过熔道边界外延生长,且界面元素有稍许扩散。分析表明,界面区域的齿形镶嵌结构以及柱状晶的外延生长形态有利于界面结构的结合强化。通过拉伸试验进行结合性能分析,发现整体复合结构拉伸件的断裂位置处于远离界面的基材处,且在界面区域得到明显强化效果,这为高效低成本制作复杂模具提供了有效方法。

激光/等离子定向能量沉积316L不锈钢成型尺寸及力学性能的对比

作为当前最热门的增材制造技术之一,定向能量沉积可以实现大尺寸零件的高效成型。激光和电弧是定向能量沉积系统中最常用的热源,但它们在能量输入、能量分布以及与材料的作用机制等方面都存在差异。为此,本文对比了激光和等离子定向能量沉积316L不锈钢单道和薄壁件在尺寸、显微组织、力学性能方面的差异,以揭示两种工艺成型零件的差异。结果表明,在所选的工艺窗口内,激光在冷基板上沉积首层的结合效果要好于等离子。等离子定向能量沉积和激光定向能量沉积的工艺参数对单道尺寸的影响程度不同:在等离子定向能量沉积过程中,电流对层宽的影响最大,然后依次为送粉量和扫描速度,送粉量对层高的影响最大,之后依次是电流和扫描速度;在激光定向能量沉积过程中,扫描速度对层宽的影响最大,然后依次是送粉量和激光功率,送粉量对层高的影响最大,之后依次为扫描速度和激光功率。拉伸试验和显微硬度的测试结果表明:等离子定向能量沉积样件与激光定向能量沉积样件的力学性能相近,激光成型试样的抗拉强度可达593 MPa,等离子成型试样的抗拉强度可达570 MPa;但两者的显微组织存在较大差别,等离子成型试样中以定向生长的细长柱状晶为主,而激光成型试样中的柱状晶较短,不同区域的柱状晶生长方向各异。