航空钛合金零件激光选区熔化3D打印技术应用的关键基础研究

以TC4钛合金航空零件为研究对象,开展了激光选区熔化3D打印技术的模型CAD优化设计、成形工艺参数设计、后处理技术等应用关键基础研究,对影响3D打印质量控制的各个环节进行了分析,提出了航空钛合金零件激光选区熔化3D打印技术产业化的建议。

选区激光熔化3D打印钛合金及其复合材料研究进展

选区激光熔化(SLM)3D打印技术作为近年来快速兴起的增材制造技术,在航空航天、国防和生物医疗用高性能钛合金及其复合材料关键及复杂结构件方面具有显著优势、发展潜力巨大.SLM 3D钛合金晶粒细小且常含有大量的α′马氏体,而SLM 3D钛基复合材料中则通常可以原位生成纳米尺度的TiBw和TiCp等陶瓷增强相,使得成形构件的力学性能显著优于铸件和粉末冶金制品水平.本文在介绍SLM 3D打印技术的原理与特点基础上,着重评述了其在钛合金及其复合材料的应用基础研究及工程应用进展,并对未来相关关键基础科学与技术问题进行了展望.

基于数字化3D技术的股骨假体再设计与激光选区熔化制造

研究了基于数字化3D技术的全膝置换股骨假体再设计并通过激光选区熔化(SLM)技术直接制造了股骨假体,以满足医学上对全膝置换股骨假体的高适配性要求。对一名患者的全膝关节CT连续断层图像提取股骨3D模型,根据骨科医生手术规划进行了数字化3D解剖与测量,并据此对目前商业化的假体进行了重新设计。然后,利用SLM技术直接制造了再设计完成的3D股骨假体模型,并讨论了制造工艺参数、机械性能、空间优化摆放位置以及成型精度等关键技术。实验结果显示:依据患者股骨远端解剖参数可完成股骨假体的3D模型再设计并可利用SLM技术直接制造出股骨假体,单个股骨假体成型时间为5.2h,成型精度标准偏差为0.030mm,成型致密度达到99.02%;热处理后成型性能优于美国实验材料学会(ASTM)F75的铸造标准。得到的结果表明该项技术可以快速制造完成患者所需要的股骨假体,且成型性能优良。

表面工程应用实例[例47]激光选区熔化技术3D打印模具钢工艺及应用

工艺装备中60％-80％的零部件靠模具成形，模具的制造工艺直接影响其使用效果，尤其是冷却系统对其寿命、效率和产品质量影响至关重要。

应用激光测距技术的3D打印喷头轨迹跟踪方法

为了减少目标跟踪中心位置误差,提出一种应用激光测距技术的3D打印喷头轨迹跟踪方法。采用高斯混合模型背景法提取3D打印喷头的前景目标,经过形态学处理,获取目标的大致轮廓,估计视频图像,同时剔除相机的运动分量,完成目标检测。确保3D打印喷头的跟踪窗口,以目标特征颜色为依据填充跟踪窗口,将跟踪窗口内的目标颜色水平投影,根据激光测距技术获取实时数据和投影强度。通过投影出现的情况确定3D打印喷头的具体坐标位置和距离信息,最终实现3D打印喷头轨迹跟踪。仿真实验结果表明,所提方法轨迹跟踪运行时间平均为230.87 ms,中心位置误差平均为1.57 mm,跟踪成功率平均为96.7%,均呈现较为优越的应用性能。

激光选区熔化金属3D打印设备现状与发展趋势

通过对激光选区熔化金属3D打印设备结构、主要设备供应商以及研究机构的分析,对国内激光选区熔化金属3D打印设备发展进行了总结,并对其发展提出建议。

影响激光选区熔化3D打印质量的工艺参数优化研究

为提高激光选区熔化3D打印质量,研究影响激光选区熔化3D打印质量的工艺参数,并提出优化方法。通过分析工艺参数,获取影响激光选区熔化3D打印成型质量的主要参数:扫描速度、激光功率、层高。依据各工艺参数特点,采用人工神经网络建立三项工艺参数映射关系目标函数,利用参数化有限元分析,获取训练样本训练人工神经网络,采用遗传算法实现扫描速度、激光功率、层高三项工艺参数的组合优化。实验结果表明,该方法优化后的工艺参数加工的成型件,具备尺寸精度高、综合力学性能强及表面精度高的优点,能够显著提高激光选区熔化3D打印成型件的整体质量。

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg合金的铺粉厚度

基于铺粉厚度优选出的3个工艺参数组合,分析了工艺参数组合对激光选区熔化技术成形AlSi10Mg合金试样基本性能的影响。3个工艺参数组合成形的试样硬度均高于63HRB,上表面单位面积磨损量均低于1.5×10^(-5) g/(s·mm^(2)),孔隙率在0.05%以下,抗拉强度高于440 MPa,成形的测试试样尺寸误差均在±0.1 mm以内。试样上表面的表面粗糙度Ra在4μm以下,侧表面的表面粗糙度Ra在5μm以下。铺粉厚度30μm的试样表面质量最优。

选择性激光熔化技术制备的Cu-10Sn合金的载流摩擦学性能

为提高Cu-10Sn合金接触线的力学及载流摩擦学性能,利用选择性激光熔化(SLM)技术制备Cu-10Sn合金,分析Cu-10Sn合金的组织结构及硬度等,研究不同载荷和电流对Cu-10Sn合金的载流摩擦学行为的影响;利用扫描电子显微镜对摩擦表面进行微观分析,揭示其磨损机制。试验结果表明:与载荷为10 N时相比,30 N时摩擦副的平均摩擦因数增大,接触电阻和电弧能量降低,磨损加剧;Cu-10Sn合金与GCr15球对摩,合金表面被氧化,铜元素被转移并粘附于对摩球上形成黏着磨损;与纯机械摩擦行为相比,载流条件下Cu-10Sn合金表面磨痕加深,黏着物、氧化物的数量明显增加,摩擦因数和磨损体积发生显著变化;小载荷小电流下磨痕表面出现电弧烧蚀现象;而电流为10 A时,磨损表面形成的氧化膜的润滑作用,减缓了材料的磨损。在无电流条件下磨损机制主要为疲劳磨损和黏着磨损;而在载流条件下,电化学氧化和黏着磨损显著增强。研究结论为SLM技术制备的铜锡合金应用于接触线等电传导接触材料提供参考。

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg拉伸性能影响因素

利用不同成形工艺、原料粉末和热处理制备激光选区熔化3D打印AlSi10Mg试样并进行拉伸性能研究,讨论了影响激光选区熔化3D打印AlSi10Mg拉伸性能的影响因素,包括3D打印成形工艺、粉末物理性能、热处理制度等。结果表明:激光能量密度通过影响试样相对密度进而对拉伸性能产生影响,能量密度过低时,试样孔洞大多分布在熔池交界处和熔池底部,能量密度过高时,试样孔洞多分布在熔池内部。球形度较高的粉末由于具有良好的物理性能和极低的空心粉率,其成形件拉伸性能较好。退火温度在270~300℃时,随着温度的升高,Si相逐渐长大发生粗化,拉伸强度呈递减趋势,断后伸长率逐渐升高。

铝合金选区激光熔化3D打印设备的铺粉系统研究

本文主要介绍安徽恒利增材制造科技有限公司自主研发生产的铝合金选区激光熔化3D打印设备的铺粉系统结构与铺粉原理,并对其铺粉精度进行了测试,实验证明,该公司研发的铺粉系统能够满足铝合金选区激光熔化成型技术对铺粉系统的技术要求。

3D打印在航空发动机制造中的应用

3D打印是一种特殊的快速成形技术,是以激光束、电子束等为能量源,在真空或惰性气体环境下,实现对不同形态的金属、树脂、陶瓷等原材料的熔化,并通过对产品三维模型的分层路径规划,实现熔化材料逐层堆叠打印,最终成形产品的过程。3D打印具有降低制造成本、近净成形、便携制造、适用产品多样化等优点。

激光选区烧结3D打印成形生物高分子材料研究进展

激光选区烧结(SLS)属于3D打印技术,通过激光逐层烧结粉末并叠加成形制件。该技术可满足不同患者的个性化需求,在生物医疗领域特别在组织工程支架和医用植入体制备方面具有非常广阔的应用前景。作为生物医用材料最重要的组成部分,生物高分子材料近年来发展迅速,成为医疗领域研究的热点。文中重点介绍了左旋聚乳酸、聚己内酯、聚醚醚酮、聚乙烯醇四类常用于SLS技术的生物高分子及其复合材料,对其研究和应用现状进行综述,并对其性能和用途进行对比讨论,提出今后该领域的发展方向。

激光3D打印技术在信息服务中的应用探析

激光3D打印技术是随着计算机数控技术、激光技术、材料科学与控制工程技术、计算机辅助设计与制造技术、网络技术等的出现而发展的高新技术。它是一种快速成型技术,是以计算机三维设计模型为基础,通过数控成型和软件分层离散系统,利用激光束及热熔喷嘴等方式将特殊材料进行连续的物理层叠加,逐层黏结而生成三维立体的技术。通过国内外二十多年来的研究和应用,激光3D打印技术已经成为一门新兴综合性计算机和自动化应用技术,这项技术从根本上改变了过去从设计到产品的整个生产过程中的技术管理和工作方式,给设计和制造领域带来了深刻的变革。随着激光3D打印技术的快速发展,图书情报等信息提供和服务机构应与时俱进运用新的前沿技术,给读者带来新的创新、创意空间,促进信息服务模式不断创新,进而充分发挥图书和情报机构在全民创新、创业过程中的价值。

宋代古船的三维激光扫描技术重建与模型3D打印

针对古文物的完整有效保存,文物研究、修复,以及其可能造成的毁损,提出采用三维激光扫描技术对文物进行数字化重建.构建文物真实三维模型,并通过3D打印技术制作文物的高精度实体复原模型.以宋代古船实体模型重建为例,对所提出的方法进行验证,研究结果表明:三维激光扫描技术和3D打印技术可以提高文物历史信息的保存和修复效率,避免接触式测量文物造成的表面损坏,提高研究人员对文物分析研究的参与度.但是,对于表面纹理比较复杂的文物,这项技术依然存在精度上的缺陷.

西北工业大学凝固技术国家重点实验室在激光立体成形技术方面取得重要研究进展——金属3D打印技术

西北工业大学凝固技术国家重点实验室主任黄卫东教授，作为激光立体成形技术研究团队的负责人在国内率先提出以狱得极高（相当于锻件）性能构件为目标的激光直体成形技术构思。

激光熔覆3D打印智能化控制技术必要性研究

从激光熔覆3D打印智能化控制技术的重要意义、国内外研究现状、拟解决的关键问题、创新之处等4个方面对激光熔覆3D打印的智能化控制技术的必要性进行了研究。

新的激光选区熔化3D打印工艺可制高强韧不锈钢部件

英国伯明翰大学、瑞典斯德哥尔摩大学和中国浙江大学共同研制出一种新的3D打印工艺,克服了增材制造强度-延性的瓶颈。该工艺具有传统金属制备工艺不可能获得的高快速冷却速率,增材制造使金属变成非平衡态,产生类似亚微米尺寸的位错网组织,从而获得理想的强度和韧性。这项工作为科研人员带来了全新的设计高力学特性新型合金材料的工具,同时还为3D打印进入要求高力学特性如航天和车辆结构部件领域打下基础。试验系统有助于科研人员研究物理机制、确定有效地打印金属显微组织特性。

3D打印-激光烧结-微纳加工平台高效制备质子导体能源器件

为实现基于具有高质子传导性的质子陶瓷材料——钙钛矿的能源器件可以广泛应用,解决其高耐火性、易碎裂等特征导致的加工工艺复杂且局限的问题,开发一种集成了基于微挤压的3D打印和精确快速的激光加工(烧结、干燥、切割与抛光)的新型激光3D打印技术,并将其应用于制造质子导体能源器件,实现高能量密度集成器件的快速高效低成本的制造方法.利用3D打印将自主研发的质子陶瓷原粉浆料按照设计模型进行逐层打印;利用CO_(2)激光对打印层进行快速干燥以及原位反应烧结;利用皮秒激光对加工层进行微纳加工,如抛光与切割等.通过实验可知:该技术成功3D打印制造了质子导体能源器件;激光反应烧结了原粉,获得了钙钛矿晶体结构的质子陶瓷;利用皮秒激光快速精准加工了微通道能源器件;加工制备了燃料电池且制备的器件具有不输于已报道的传统工艺的性能,其电解质电导率约为6.95×10^(-3)S/cm.实验结果表明:3D打印-激光烧结-微纳加工平台不仅可以高效精准制造质子陶瓷材料及其能源器件,而且可以实现传统工艺无法制备的具有复杂结构的器件,同时为基于质子导体材料的能源器件未来的实际投入使用带来可能.

激光选区熔化3D打印设备Hans M160

大族激光已经在激光加工各个领域广泛开展了研究，技术积累雄厚，为亚洲最大高功率激光加工设备供应商，公司研发的3D打印设备有8大类，其中3D五轴联动3D打印和送粉式增减材复合机床为国内首次推出，是目前国内研制和销售3D打印设备最齐全的公司，近期，大族激光推出了激光选区熔化设备Hans M160。