金属粉末激光成形零件倾斜极限

研究在支撑材料、工艺局限等诸多因素影响情况下的特定材料以及特定工艺参数下倾斜极限问题非常重要,为此采用金属粉末激光成形技术成形旋转薄壁金属零件的方法,在相应金属粉末材料与成形工艺参数下,进行成形金属零件时侧壁倾斜极限的研究,通过测量与计算获得倾斜极限值及其对应的层间搭接率。研究表明随着薄壁旋转半径的增加,侧壁倾斜角度也相应加大,最终超过倾斜极限,造成熔覆层塌陷现象发生。揭示出层间搭接率是产生倾斜极限和熔覆层塌陷的直接原因。通过对倾斜角度、层间搭接率与薄壁旋转半径关系进行理论分析与计算,得到成形的金属零件侧壁倾斜极限角度和极限层间搭接率的计算公式,为在设计无支撑CAD模型时侧壁最大倾斜角度提供依据。试验结果表明,利用该计算公式指导侧壁倾斜角度设计切实可行。

金属粉末激光成形扫描方式

将扫描线断面轮廓形状近似看作一段圆弧、以相邻扫描线重叠面积与凹沟面积相等为原则确定扫描线间距。对分区扫描和环形扫描两种扫描方式进行分析和比较,环形扫描方式明显减少激光光闸开关次数、系统稳定性和零件成形精度提高,但是相邻扫描线间浸润性差、沟壑较深,而分区扫描方式扫描间距稳定单一、浸润性好、沟壑较浅,但是激光光闸开关频繁、空跳次数较多。改进扫描方式,将变向分区扫描方式与环形扫描方式相结合加工出无缺陷、全密度金属功能零件。

钛合金粉末激光成形过程中激光比能量对热应力的影响

为了提高钛合金粉末激光成形工件的质量,除了在真空箱体内建立惰性气体保护氛围防止氧化外,对钛合金激光成形过程中瞬态热应力的研究是非常必要的。在本文中,通过使用ANSYS软件的APDL语言,使用"单元生死"技术,并对熔池与粉末、激光与粉末的相互作用进行能量补偿,进行了不同激光比能量复合工艺参数作用下的数值模拟,得到了更为精准的结果,并对加工过程中瞬时热应力分布结果进行了分析和研究。最后使用相同的工艺参数进行实验,使用热电偶测量基板上固定点的温度变化,并与数值模拟结果进行相比对,间接的证明了仿真的准确性。

TA15粉末激光成形基板应力影响因素的试验研究

为了研究TA15（Ti-6．5Al-1Mo-1V-2Zr）粉末激光成形基板残余应力的影响因素，成形出19个不同工艺参数的试件，采用压痕法分别对其进行残余应力的测量，总结出激光功率、送粉速度、激光扫描速度、成形层数、扫描转角等参数对基板残余应力的影响。研究表明，随着激光功率的增大，基板残余应力数值随之增大，当功率高于1700W时，基板残余应力开始减小；基板残余应力在送粉速度为0．5～1g／min和1．5～2g／min2个区间内，表现出随着送粉速度的增大残余应力减小的情况，而在1～1．5g／rain区间内表现出相反的情况；基板残余应力随着扫描速度的增大呈现出先增大后减小的趋势；基板残余应力随成形层数的增加而递减；对于不同扫描转角的测试件，扫描转角为60°的情况下，基板残余应力值最小，而30°扫描转角情况下，基板残余应力值最大。

聚醚醚酮及其复合材料激光粉末床熔融成形的研究现状与展望

聚醚醚酮(PEEK)及其复合材料因具有优异的力学性能、耐化学腐蚀性及生物相容性而受到广泛关注,然而随着对复杂结构以及个性化PEEK零件的需求日益增加,传统的注塑成形工艺显然已经难以满足高度复杂化与个性化制造的需求。激光粉末床熔融(LPBF)技术为PEEK及其复合材料的成形制造提供了一种新的方法。介绍了激光粉末床熔融工艺的基本原理与PEEK及其复合材料的激光粉末床熔融制备工艺的特点和应用,总结归纳了PEEK及其复合材料的激光粉末床熔融成形装备的发展状况与性能特点,目前的成形装备在预热温度和激光功率等参数方面已经有了很大的提升,可以保证一定的成形精度,但要形成一套成熟的高精密和大尺寸复杂成形系统仍需进一步的研究。基于已有研究,重点阐述了PEEK及其复合材料激光粉末床熔融成形工艺的研究现状,虽然通过温度场和激光参数等成形参数的优化,成形件的性能有了一定的提升,但仍然存在翘曲变形、成形力学性能较低的问题。最后对未来高性能PEEK及其复合材料激光粉末床熔融成形工艺的发展进行了展望。

激光粉末床熔融成形内部质量缺陷及其调控方法

激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)成形工艺的特殊性决定其在生产过程中存在巨大的温度梯度、剧烈的物相变化以及极不稳定的熔池,易使零件产生内部质量缺陷,而这些缺陷会直接影响零件的成形质量和力学性能。从致密度和残余应力两个角度出发,对LPBF成形零件的内部质量缺陷进行分类并对其典型特征、形成机理及其造成的影响进行论述。此外,分别讨论了成形工艺调控方式和新型复合制造调控方式对缺陷的调控作用,其中激光波长和光斑形貌的调整、增减材复合和多能量场复合的调控方式在未来有望成为LPBF成形工艺内部缺陷调控的重要研究方向。

粉末床激光成形熔池辐射强度信号的机器学习

粉末床熔融成形(PBF)的过程监测和质量识别是保障其制造质量的关键技术。在监测信号中,熔池辐射强度信号蕴含了丰富的熔池特征信息,但监测信号与材料科学现象的直接联系尚不明确,适合利用机器学习算法开展深入研究。首先,通过设置不同的工艺参数(部分偏离工艺窗口)实施316L不锈钢成形实验,成形过程中采集熔池辐射强度信号。然后,通过数据分割、特征提取和特征选择对信号数据进行预处理,构建了用于机器学习的数据集。最后,使用21种不同的机器学习算法,一是将熔池辐射强度数据按照工艺参数(如激光功率高、中、低)进行分类,经过训练的算法可在实际生产中识别异常(辐射强度异常、代表激光功率和扫描速度偏离最佳状态);二是将熔池辐射强度数据按最终成形块体的质量(密度、表面粗糙度)进行分类,经过训练的算法可在实际生产中识别质量。结果表明:对于熔池辐射强度的异常识别,二次支持向量机算法的分类效果最好,准确度达到96.4%以上;对于密度和表面粗糙度预测,由于样件质量与数据样本之间的复杂关系,预测结果呈现不同的分布情况,但预测准确度均达96.0%以上。

激光粉末床熔融成形AlSi10Mg铝合金复杂流道构件研究

采用激光粉末床熔融技术制备不同截面与截面尺寸的长直流道试样以及复杂流道产品。研究结果表明,当流道截面尺寸小于2 mm时,激光粉末床熔融成形后流道的收缩而对残余粉末进行挤压,这将导致流道内残余粉末难以完全清除。此外,随着流道截面的增大,圆形流道上表面结合处呈现出表面质量变差的现象,而屋脊形截面流道由于倾斜角度保持不变而呈现较好的成形质量及尺寸精度。激光深穿透至非成形区粉末是造成流道上部区域粘附粉末颗粒的重要原因,而通过磨粒流、高压气流及水流等方式可以对其去除。结果表明,基于激光粉末床熔融技术设计与成形的复杂流道散热元件经X射线检测和计算机断层成像检测均无裂纹及残余粉末,并通过了2 MPa压力、保压5 min的耐压检测。最后,初步构建了复杂流道类构件的“设计—成形—检测”一体化流程。