固溶处理对选区激光融化316L不锈钢晶间腐蚀性能行为的影响机制

选区激光融化316L不锈钢(SLM-316L不锈钢)常采用固溶处理进行组织优化、消减残余应力,以获得优异综合性能.奥氏体不锈钢的晶间腐蚀行为与其组织结构有较高的依赖性,因此固溶处理会提高SLM-316L不锈钢的晶间腐蚀性能.然而,固溶处理对SLM-316L不锈钢晶间腐蚀行为的影响规律和机制目前尚不清晰.基于此,本文首先对SLM-316L不锈钢进行1150℃固溶处理,随后采用SEM、EBSD、TEM等分析其组织结构特征和纳米氧化物颗粒形貌,最后采用双环电化学再活化和过硫酸铵电解试验研究其晶间腐蚀行为.主要结论如下:固溶处理后SLM-316L不锈钢发生再结晶,形成规则形状等轴晶粒及退火孪晶;纳米氧化物颗粒粗化,晶界处最大尺寸能够达到微米级,同时氧化物颗粒的类型也从菱矿石结构的MnSiO_(3)转变为尖晶石结构CrMn_(2)O_(4);固溶处理导致SLM-316L不锈钢晶间腐蚀性能下降,伴随着敏化时间的延长,晶间腐蚀类型从台阶状转变为沟状.

基于选区激光融化成型的空间曲线啮合轮后处理工艺及传动性能研究

采用选区激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)快速成型设备与316L不锈钢粉末,得到的空间曲线啮合轮样品表面粗糙度值较大,主动轮与从动轮不能实现连续稳定的啮合传动。为了研究选区激光熔化成型的空间曲线啮合轮的表面后处理工艺,采用机械喷砂与电解抛光相结合的加工方法得到的主动轮与从动轮样品,表面粗糙度值达到Ra 1.0μm。实验结果表明,采用的后处理工艺和参数获得的主动轮与从动轮样品具有较高的形状精度与尺寸精度,能够实现连续稳定的啮合传动。此方法为空间曲线啮合轮提供了较好的制造思路。

选区激光融化成形钛合金个性化舌侧托槽粘接强度初探

目的研究选区激光融化技术制作的钛合金个性化舌侧托槽的粘接强度，以确定其能否满足临床应用的要求。方法选择80颗离体前磨牙，按照随机数字表随机分成个性化舌侧托槽组（选区激光熔化制作）和普通托槽组（3M不锈钢托槽）（每组40颗），每组细分为剪切实验亚组和拉伸实验亚组（每亚组20颗）。采用35％的磷酸酸蚀后用粘接剂（3MUnitek）粘接托槽，并于室温下保存24h，采用电子万能实验机进行剪切和拉伸实验，记录牙面粘接剂残留指数 （adhesive remnant indexes，ARI）计分值和托槽脱落时的最大载荷，并计算得到剪切强度和拉伸强度。结果个性化舌侧托槽组剪切强度[6．80（6．20，8．32）MPa]显著小于普通托槽组[10．46（9．72，11．48）MPa]（Z=-3．463，P〈0．05）；拉伸强度[（6．93±1．21）MPa]显著大于普通托槽组[（5．88±1．23）MPa]（t=2．81，P〈0．05）。结论本项研究制作的个性化舌侧托槽的剪切强度小于普通不锈钢托槽，拉伸强度大于普通不锈钢托槽，但均能满足临床应用要求。

激光选区融化(SLM)设备引进要点探讨

对激光选区融化(SLM)技术原理和国内外发展情况进行了阐述。通过调研分析了影响激光选区融化(SLM)设备选型的因素,对打印尺寸、价格及市场占有率、表面质量、安全因素进行了具体分析,为SLM设备引进提供了参考依据。

激光选区熔化成形TC4钛合金的热处理组织演变机理

以SLM成形TC4钛合金为研究对象,通过观察金相形貌和进行能谱分析,研究了固溶时效热处理过程中激光选区熔化(SLM)成形TC4(Ti6Al4V)钛合金组织的演变机理。结果表明:经800℃/2 h/FC热处理后,沉积态SLM成形TC4钛合金中马氏体已完全分解。经950℃/2 h/WQ热处理后,亚稳态的β基体上生成了针状马氏体α',合金元素(如Al、V)有明显扩散,较多的V元素迁移到β基体中,形成过饱和β固溶体。在随后的时效过程中,马氏体α'发生分解,形成了片状α相,晶界出现α相的形核长大,形成了断续的晶界α相(αGB)。次生α相(αS)从亚稳态的过饱和β基体中析出,颗粒状β相围绕着αS相弥散分布,形成了β转变组织。试样的整体组织由断续αGB、球状α、网篮状α及β转变组织组成。

基于激光选区融化技术的不同空间孔隙结构多孔Ti6Al4V合金的力学性能研究

以Ti6Al4V球形粉末为原料,利用激光选区熔化技术(SLM)精确化制备了Ti6Al4V合金样品试件。采用扫描电镜观察了3种不同空间孔隙结构(正六面体结构、G7结构、复合结构)的表观形貌,采用万能压缩试验机测试样品试件的力学性能,探究了激光选区融化技术对不同空间孔隙结构多孔Ti6Al4V合金的室温力学性能。结果表明:SLM成形Ti6Al4V合金室温的压缩弹性模量分别为1460、1530、1300 MPa,抗压强度分别为111、1460、184 MPa。复合结构的试件综合力学性能更能符合种植体-骨界面的结合和生长,为探究种植体新的多孔结构提供理论依据。

选区激光熔化铝合金点阵结构力学性能研究

点阵结构是一种由规则单元晶胞反复排列而成的新型轻质多孔结构,具有高强度、重量轻、吸能、传热等特性,在航空航天、石油化工、机械、医疗等领域应用前景广阔。文章基于选区激光熔化技术(SLM),以铝合金三维点阵结构作为研究对象,在单方向载荷作用条件下,利用有限元Workbench对不同结构体心立方(Body-Centered Cubic,BCC)进行压缩仿真模拟计算,以模态分析其固有频率,以静力学分析其力学性能,从而比较不同长径比对体心立方(BCC)点阵结构的力学性能影响,为金属轻量化结构的设计与研究提供相关理论指导。

基于SLM成形多孔支架力学性能研究及下颌骨假体设计

组织工程骨是修复大节段骨缺损的重要方法,但如何设计力学性能与宿主骨相匹配的假体仍有待研究。因此,本研究的目的是基于激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形技术探索多孔支架的力学性能,并应用于下颌骨重建。首先,建立不同孔隙率(50%~80%)的六面体(Hexahedral,HE)、八面体(Octahedral,OC)、体心立方(Body Centred Cubic,BCC)单元结构的多孔支架模型,通过有限元模型分析支架的力学性能。其次,利用SLM成形技术制备力学性能强的多孔Ti6Al4V支架,结合压缩试验评估支架的力学性能。最后,利用最小二乘法拟合支架的孔隙率-弹性模量曲线,从而获得力学性能与下颌骨缺损区域相匹配的多孔假体。结果表明,多孔支架的峰值应力随着孔隙率的上升而上升,且与构型密切相关(BCC>OC>HE);压缩试验证明了不同孔隙率的支架的弹性模量存在显著差异性,且孔隙率与弹性模量成反比。根据六面体单元的Gibson-Ashby模型,计算得到理想的假体的孔隙率为53.1%,并且有限元分析验证了假体的安全性。通过有限元分析和压缩试验证实了不同孔隙率的支架力学性能存在差异,合适孔隙率的假体能够更好地匹配宿主骨的力学性能,为植入物设计提供一定的参考价值。

激光选区融化成形多孔硬骨支架的建模、仿真及实验研究

金属3D打印技术成为当前最具有发展潜力和发展前景的工业制造技术之一,通过激光选区融化(SLM)技术,选取合理的烧结参数,将金属粉末烧结成型。建立了不同孔径的多孔支架复杂三维模型,并通过有限元分析进行应力、应变的模拟分析,获得了优化后的多孔支架三维模型,为后续的实验研究分析建立理论基础,然后通过SLM烧结技术制备316L不锈钢多孔支架,通过后期热处理实验、压缩试验、金相实验,对多孔试样进行力学性能分析、硬度测试以及表面微观组织分析。通过模拟分析获得优化后的多孔支架孔径尺寸,获得了更适于人体骨骼缺损部位承重的多孔支架,可对后续研究进行指导。实验研究发现300μm孔径支架强度和弹性模量都高于天然骨,而成形多孔结构的金属件保证了骨骼修复体的生物力学性能,具有良好的力学性能。

热处理对SLM-316L不锈钢组织结构及钝化行为的影响机制

对SLM-316L不锈钢在900℃下进行不同时间的热处理,结合热处理后SLM-316L不锈钢的组织结构和腐蚀行为研究,揭示了SLM-316L不锈钢在900℃热处理过程中组织结构的演变规律以及其对钝化行为的作用机制.研究结果表明,900℃热处理时,在组织结构方面,SLM-316L不锈钢晶粒的基本形状和尺寸没有明显变化,但是随着保温时间延长,SLM-316L不锈钢中的位错和亚晶界逐渐消失,同时伴有MnS颗粒物沿晶界析出;在耐蚀性能方面,热处理对SLM-316L不锈钢的耐蚀性能产生重要影响,在含有NaCl的缓冲溶液中,SLM-316L不锈钢的点蚀电位随着保温时间延长逐渐降低,同时电化学阻抗逐渐减小;此外,在钝化膜性质方面,不同热处理时间试样上形成的钝化膜有明显差异,随着保温时间延长,SLM-316L不锈钢钝化膜的厚度逐渐减小,载流子的密度以及扩散系数变大.最后,通过构建不锈钢钝化膜能带结构和空间电荷层的理论模型,讨论了热处理对SLM-316L不锈钢钝化行为的影响机制.

激光功率对SLM成形304L不锈钢组织和力学性能的影响

为了解激光选区熔化成形(SLM)技术不同激光功率对304L不锈钢微观组织及力学性能的影响,从而获得合适的304L不锈钢成形激光功率参数,对激光功率为300~440 W,扫描速度为800 mm/s的SLM成形冲击试样进行表面硬度和冲击吸收能量试验,采用金相显微镜和扫描电镜对试样金相组织和冲击试样断口进行观察。结果显示,经SLM成形304L不锈钢微观组织致密,内部仅有少量20μm以下的孔洞,其侧面和顶面组织差异较大。激光对304L不锈钢表面硬度影响不大,平均硬度为203HBW,当激光功率为360 W时冲击吸收能量最大,为144.9 J。

基于GA-BP神经网络的316L不锈钢成形尺寸精度预测

建立选区激光熔化316L不锈钢成形质量预测模型,以响应面中心复合设计试验数据作为反向传播(Back Propagation,BP)神经网络模型的训练样本,采用遗传算法对BP神经网络的初始连接权值和阈值进行优化。结果表明,通过遗传算法优化的BP神经网络模型能够有效预测精度,使得成形件尺寸精度的平均相对预测误差为5.42%。

燃料组件下管座增材制造技术研究

由于增材制造技术在提高效率、减小重量、降低体积等方面突出的优势,在核燃料领域得到越来越多研究者的关注。基于增材制造的产品制备与传统工艺存在较大的区别,目前针对核燃料产品的增材制造技术研究系统性有所不足。本文以燃料组件下管座为对象,系统开展了从粉末制备到产品性能检测的增材制造全流程工艺研究:粉末制备采用真空感应熔炼雾化法,增材工艺选用激光选区熔化(SLM)工艺,通过软件开展支撑方案等详细工艺分析,通过固溶热处理和表面处理得到最终下管座产品。对产品性能的测试表明,产品尺寸精度和表面粗糙度良好,流道内壁面的粗糙度略大于流道外壁面;打印材料力学性能较好,x/y方向的强度要高于z方向。

SLM钛合金蜂窝结构的面内压缩力学行为

为探究增材制造金属蜂窝结构在防护领域的潜在应用,采用激光选区融化(SLM)技术制备钛合金蜂窝试样,进行单轴面内压缩力学实验,在平台段出现了周期压溃卸载现象,这不同于传统的塑性/脆性材料蜂窝平台段特征;结合数字摄像机和扫描电子显微镜,分析结构变形模式与断口破坏机理;基于参数化有限元数值分析,研究壁厚对蜂窝结构压溃卸载的影响规律。研究结果表明:SLM技术制备的钛合金蜂窝试样打印精度高,力学性能差异小;钛合金蜂窝结构面内受压时,结构剪切带区域蜂窝边连接处断裂造成结构应力-应变曲线周期性压溃卸载;破坏处断口可观察到明显的韧窝,呈现明显的塑性破坏形貌;壁厚减薄可以有效增大破坏时蜂窝短边的旋转角度,降低最小弯曲半径,从而显著改善压溃卸载现象,提升结构承载稳定性。

不同构建方向激光选区融化钛合金卡环的疲劳性能研究及有限元应力分析

目的探讨不同构建方向激光选区融化(SLM)钛-6铝-4钒(Ti-6Al-4V)卡环的机械性能并与铸造卡环进行比较。方法制作3种不同构建方向SLM卡环及铸造卡环共计48个,根据卡环臂长轴与构建方向角度分为SLM0组、SLM45组、SLM90组和铸造组。利用有限元分析的方法分析卡环的应力分布和最大应力值。然后利用自制夹具在人工唾液环境下对卡环进行7200次循环摘戴模拟临床使用5年时间来评估卡环的抗疲劳性能。最后各组随机选取1个卡环进行三点弯曲使其折断,应用扫描电镜(SEM)对断端进行观察。实验数据使用SPSS 20.0进行处理,设置α=0.05。结果有限元分析发现,卡环的最大应力位于卡环固位臂的中段,在0.50 mm倒凹下其最大von Mises值远小于Ti-6Al-4V的弹性极限。循环疲劳实验中0.25 mm倒凹下SLM90卡环的抗疲劳性优于铸造卡环(P<0.05),0.50 mm倒凹下SLM90卡环的抗疲劳性优于SLM0、SLM45和铸造组卡环(P<0.05)。SEM显示卡环的断裂起始于晶粒之间。结论 SLM试件具有更小的晶粒;SLM组尤其是SLM90卡环的主要是韧性断裂而铸造组卡环为脆性断裂;SLM Ti-6Al-4V卡环可放置于0.50 mm倒凹下,SLM90卡环相较于SLM0、SLM45和铸造组卡环具有更优异的抗疲劳性能,这说明SLM Ti-6Al-4V材料存在明显的各向异性。

激光选区熔化成形Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢组织及性能研究

采用激光选区熔化工艺制备Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢三种不同材料的试样,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机、维氏硬度仪等设备研究了其微观组织演变及力学性能。结果表明:Ti6Al4V内部分布大量针状马氏体α′相,成形过程中分解为α+β相形成网篮组织;GH3536横截面呈现条形状,纵截面为鱼鳞状;316L不锈钢内部分布着等轴柱状晶。316L不锈钢和GH3536的伸长率平均值分别为34.17%、36.75%,相比Ti6Al4V分别增多了23.69%、26.27%;而Ti6Al4V的抗拉强度和屈服强度为1 122.83 MPa、853.17 MPa,相比GH3536和316L不锈钢,抗拉强度分别提升了51.63%、74.81%,屈服强度分别提升了159.85%、54.37%。试样的强度均高于一般锻造的国家标准强度水平,达到工业的使用要求,综合性能优于传统制造工艺,在激光选区熔化下具有较好的强塑性匹配。

3D打印技术研究进展及应用现状

3D打印引领了制造流程的变革,正逐渐改变世界。本文介绍了3D打印的定义、分类与基本特性和目前应用现状,综述了国内外3D打印技术、材料和应用的最新研究与应用进展,分析和讨论了3D打印存在的问题和发展瓶颈,最后展望了3D打印未来发展方向。

激光选区熔化单道扫描与搭接数值模拟及试验

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)单道扫描的数值模拟,在数值建模时多采用规则实体模拟铺设的粉末层,通过等效定义材料热物理属性模拟铺设粉末层中粉末与气体共存的情况,难以模拟粉末颗粒的随机性而带来的扫描结果的随机性,且难以分析熔池形貌、内部缺陷的微观衍变过程。针对SLM成形过程中激光功率和单道搭接率对扫描单道和单道搭接质量的影响,以316L不锈钢材料为例,建立SLM首层单道扫描与单道搭接数值模拟模型。SLM的铺粉过程在基于离散单元法的EDEM中建立,并得到数值化的粉床几何模型。SLM的单道扫描与搭接的模拟基于有限体积法,在FLUENT中实现,采用两相流模型与熔化/凝固模型捕捉熔池形貌变化过程,得到不同激光功率和扫描搭接率下成形单道与单道搭接的数值模型。最后结合试验表明了在100~300 W激光功率下成形单道表面形貌与缺陷的形成,当激光功率为100~150 W时,单道形貌不规则,且容易形成局部缺陷;在200~300W功率下,激光功率越大,保证搭接质量的最低搭接率越小,当激光功率为250 W时,应保证单道填充间距不大于0.1 mm。研究成果对SLM工艺参数的调整与优化具有重要的参考价值。

构建方向对SLM钛合金卡环的显微结构及性能影响

目的探讨不同构建方向对选择性激光熔融(selective laser melting,SLM)法打印Ti-6Al-4V卡环的物理性能的影响,为临床3D打印高精密度及力学性能优良的卡环提供依据。方法以SLM法分别按0度(SLM0组)、45度(SLM45组)、90度(SLM90组)3种不同构建方向打印Ti-6Al-4V卡环,每组12个;以铸造法铸造卡环12个为对照组;同时铸造4枚金属基牙随机作为上述4组卡环的基牙。用X射线探查各组卡环是否存在裂隙;以共聚焦显微镜检测各组卡环粗糙度、体式显微镜观测各组卡环与金属基牙的密合度;金相显微镜下观察各组样品的显微结构,评估各组试件的物理性能。结果铸造组卡环存在0～8个肉眼可见的裂隙,而SLM组未见明显缺陷。4组中,表面粗糙度最大的是铸造组(18.102±3.762)μm(P <0.05),粗糙度最小的是SLM90组(5.942±1.486)μm(P <0.05),SLM0组(8.711±2.378)μm和SLM45组(8.513±1.161)μm间差异没有统计学意义(P> 0.05)。密合度最差的是铸造组(68.445±14.876)(P <0.05),密合度最好的是SLM90组(33.417±5.880)μm(P <0.05),SLM0组(52.917±12.102)μm和SLM45组(50.889±7.011)μm之间差异没有统计学意义(P> 0.05)。Ti-6Al-4V由α+β晶粒组成,其中β晶粒的生长方向大致平行于构建方向且位于α晶粒之间。SLM由细小的晶粒组成,而铸造组晶粒粗大。结论 SLM试件具有更小的晶粒;SLM90组卡环具有较好的密合性和较光滑的内表面。

选区激光熔化制备多孔结构Ti6Al4V合金的力学性能

采用Simufact Additive软件,通过正交实验的方法,对激光选区融化(SLM)制备多孔结构Ti6Al4V合金的最优化工艺路线进行了模拟。结果表明,激光功率200 W,扫描速度1200 mm/s,光斑直径0.1 mm,粉末厚度0.03 mm为最佳加工参数。根据优化参数通过SLM加工制造了不同孔隙结构的Ti6Al4V样件,通过扫描电镜观察发现,在该工艺下加工出的多孔结构具有较好的保真度。通过压缩实验,比较分析实心及不同孔隙结构的抗压强度及弹性模量,得出复合结构作为种植体的结构模型可以更好满足种植体的力学性能要求。