基于金属选区激光熔化技术的轻量化设计与应用

金属材料选区激光熔化技术在成形的过程中不受设计约束可以制备复杂结构零部件,并且可以对零部件一体化成形,在通过结构设计实现零部件的轻量化制造方面,该技术有着独特的优势。本文主要总结了异形拓扑优化、镂空点阵、中空夹层、一体化等几种以金属材料选区激光熔化技术为基础实现制造零部件的轻量化结构设计,并列举了其在工业中的应用,最后对金属材料选区激光熔化技术与轻量化设计的结合做总结。

熔金属选区激光熔化技术研究进展

近年来,难熔金属研究的逐步深入,传统工艺难以满足制备难熔金属及其复杂结构的需求。鉴于难熔金属材料的高熔点和优异的高温力学性能,将其与选区激光熔化技术相结合,将为难熔金属的设计提供更大的空间与可加工性。本文对难熔金属材料的选区激光熔化技术进行了总结,按照材料分类,对钨合金、多孔钽、钼合金以及难熔高熵合金进行评述。因为选区激光熔化成型难熔金属过程对合金成分和加工参数等较敏感,故总结了这些因素对工艺控制和零件质量的影响。最后,归纳了当前研究的优势和不足,并对今后的发展趋势进行了展望。

金属粉末选区激光熔化技术的研究现状及其发展趋势

选区激光熔化(SLM)技术是近年来出现的一种新型的快速成型(RP)技术。该技术的优点是:工艺简单、成型件尺寸精度高、表面粗糙度好、致密度几乎能达到100%、力学性能优良、应用前景广阔。本文描述了该技术的基本原理;详细介绍了国内外选区激光熔化技术相关设备、工艺以及成型用金属粉末材料等的研究成果;并进一步讨论了选区激光熔化技术的应用及其发展方向。

基于选区激光熔化的金属零件快速成形现状与技术展望

金属零件激光快速成形研究涉及粉体材料制备与表征、激光工艺控制与优化、成形零件结构设计与优化以及激光冶金物理化学理论,是激光技术、材料科学与工程、机械工程、冶金工程等多学科交叉与融合,因此是一个富有开放性和挑战性的研究领域。目前,对于金属零件选区激光熔化快速成形的材料、工艺及理论的研究,尚有很多方面未获得本质突破。对于该领域诸多新材料、新工艺、新现象及新理论的深入研究与发掘,是实现激光快速成形技术走向工程应用的基础。

金属零件选区激光熔化快速成型技术的现状及发展

选区激光熔化(SLM)是为了直接获得致密的金属零件而发展起来的一种新型快速成型工艺。该方法利用直径30～50 μm的聚焦激光束,把金属或合金粉末逐层选区熔化,堆积成一个冶金结合、组织致密的实体。其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理就可直接作模具或工具使用。阐述了目前 SLM 设备、工艺、软件等方面的现状、发展及应用。

基于激光选区熔化技术炮闩击发推杆应急构型设计

针对战时利用激光选区熔化技术直接制备炮闩原件存在制造时间较长的问题,提出一种基于激光选区熔化技术的炮闩击发推杆应急构型设计方法。采用有限元仿真技术和冲击试验,研究点阵结构的抗冲击性能以及点阵结构应用于应急构型设计的可行性。通过静力学仿真方法设计分体式击发推杆应急构型,设计力学性能试验校验其力学性能和服役性能是否满足使用要求。研究结果表明:体心立方(Body-Centered Cubic,BCC)、加Z向杆的体心立方(Body-Centered Cubic with Z-rod,BCC_Z)、面心立方(Face-Centred Cubic,F_(2) CC)、加Z向杆的面心立方(Face-Centered Cubic with Z-rod,F_(2) CC_Z)4种点阵结构中,BCC_Z综合性能更优异,抗冲击性能较好;与原击发推杆相比,应急构型击发推杆制造时间减少21.56%,体积缩减25.65%,最大冲击载荷降低32.14%,完成100次反复开关闩实装测试实验后应急构型击发推杆表面无明显磨损,具有良好的服役性能,能够满足使用要求,验证了用于战场抢修需求的应急构型击发推杆设计方法的有效性。

金属零件选区激光熔化快速成型技术的现状及发展趋势

选区激光熔化(SLM)是为了直接获得致密的金属零件而发展起来的一种新型快速成型工艺。该方法利用直径30～50μm的聚焦激光束,把金属或合金粉末逐层选区熔化,堆积成一个冶金结合、组织致密的实体。其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理就可直接作模具或工具使用。就目前SLM设备、工艺、软件等方面,阐述了该技术的现状、进一步发展及其应用。

选区激光熔化金属增材制造综合实验教学

为满足金属增材制造技术快速发展对于高层次应用型人才的迫切需求,根据选区激光熔化工艺流程特点,设计并开发出金属增材制造综合实验。配合数据处理至零件成形的整个工艺过程,进行规范化金属增材制造全流程实验教学,旨在加深对于金属增材制造技术的全面认识和理解,发挥学生的主观能动性。依据已经发布的国家标准,制定了实用的选区激光熔化实验标准化流程及操作规范,不仅是保证实验教学质量和可靠性的基础,也为学生树立标准化科研意识及增材制造创新应用型高端人才培养提供有力保障。

金属激光选区熔化(SLM)技术及设备概况

为了推动3D打印的发展,了解3D打印主流成形工艺之一的激光选区熔化成形(selectivelasermelting,SLM)技术及设备,概述有关金属SLM技术的著名打印研究机构和企业的研究成果以及商业化设备的国内外发展现状,并对比国内外金属SLM设备的性能参数,以及目前SLM技术存在的问题,据此提出未来的发展趋势。

激光选区熔化技术AlSi10Mg大层厚工艺参数优化

激光选区熔化技术是金属增材制造的主流技术之一,AlSi10Mg具有强度高、力学性能好等优点,广泛应用于汽车零部件、航空航天等行业,在部分轻型零件中可替代高成本的钛合金。在成型基板上不同位置设计9个方形结构试块,采用80μm大层厚,研究激光功率、扫描间距、扫描速度三个工艺参数对制件致密度的影响规律与主次顺序,研究结果可为工业生产中AlSi10Mg的应用与推广提供理论基础和实验依据。

选区激光熔化石墨烯增强金属基复合材料研究进展

石墨烯拥有不同于传统材料的特殊性能,如优异的结构力学性能以及导热性能,自被发现以来即获得广泛的关注,其中一个重要应用是作为增强相来增强金属基材料,从而获得高性能的结构和功能复合材料。近年来为了满足复合材料性能优化及结构精密复杂的需求,对其制造方法提出了更高的要求。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)作为增材制造技术的一种,避免了传统制造技术成本高、周期长、精度低等问题,可更加灵活地实现功能-结构-材料一体化。本文总结了SLM制备石墨烯及其增强金属基(铝、镍、钛、铁、铜)复合材料的应用研究与发展现状,讨论了石墨烯增强金属基复合材料所面临的主要问题,并展望了石墨烯增强金属基复合材料的应用与发展前景。

选区激光熔化技术处理AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金的力学性能及耐腐蚀性能

为了研究不同工艺参数下AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金的力学性能及耐蚀性能,利用选区激光熔化技术,在高纯度氩气保护下,采取长直线往复式扫描方式及层间旋转90°的扫描路径处理AlCoCrFeNi_(2.1)粉末,通过调整激光能量密度制备了不同性能的试样。利用扫描电镜、透射电镜检测试样微观形貌,分析了试样微观组织结构和元素分布,利用数字显微硬度计和万能拉伸实验机检测了试样机械性能,并通过对比开路电位和极化曲线的测量结果分析了试样耐蚀性能。实验结果表明:该共晶高熵合金试样具有优异的力学性能和耐腐蚀性能;当激光能量密度为160 J/mm^(3)时,试样具有最优的力学性能;当激光能量密度为180 J/mm^(3)时,试样具有最强的耐腐蚀性能;随着激光能量密度的提升,试样表面硬度逐渐下降,抗拉伸强度和耐腐蚀能力逐渐升高。

面向激光选区熔化金属增材制造的检测技术研究进展

激光选区熔化技术(简称SLM)近些年来发展迅速,已应用于航空航天、医疗、模具等诸多领域。首先综述了近几年SLM领域的在线检测、离线检测技术的进展,重点介绍了SLM的在线检测手段,如利用同轴/旁轴原位架构的高速CCD及红外成像装置获取SLM过程中丰富的可见光和红外信息,介绍了相关描述子提取方法,并研究描述子与SLM成形质量的相关性,另外,少部分学者基于声信号信息源、光电二极管进行了单熔道成形质量的分类识别检测。此外,还介绍了SLM的离线检测手段,除传统的材料测试分析方法外,显微CT和激光诱导击穿光谱学为SLM的缺陷三维表征和成分分析提供了高效新型的工具;在此基础上,进而重点综述了SLM的过程监测及反馈控制策略。其中,介绍了常见的机器学习模型(K均值聚类分析、支持向量机、深度置信网络、卷积神经网络等)及其在SLM过程统计描述子提取中的研究进展。还介绍了统计过程控制方法在SLM的特征量间和特征量与SLM成形质量间的关系分析及控制图生成方面的应用;最后,对SLM在线和离线检测研究进展进行了总结,并对其主要发展方向进行了展望。

金属构件选区激光熔化成形技术

金属构件由粉末直接成形是快速成形技术的发展方向.现阶段已有的金属粉末直接快速成形技术主要有选区激光烧结、激光熔覆和选区激光熔化的3种工艺.前两种方法不能直接制造出可直接使用的达到一定尺寸精度和表面粗糙度要求的金属构件.选区激光熔化方法利用直径30～50μm的聚焦激光束,把金属或合金粉末选区逐层熔化,堆积成一个冶金结合、组织致密的实体.其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理就可直接作模具或工件使用.本文对现阶段国内外快速成形金属零件的主要的3种工艺方法进行简要评述,着重介绍选区激光熔化技术的设备和工艺的研究现状和发展前景.

激光选区熔化技术制造医用多孔金属材料研究现状

多孔金属材料被视为医学植入体的理想材料。增材制造技术可以实现高精度复杂结构零件个性化制造,为直接制造医用多孔金属材料植入体提供了完美的解决方案。本文介绍了目前激光选区熔化技术制造316L不锈钢、Co基合金、钛及钛合金、Ta等几种典型医用多孔金属材料的研究情况,包括多孔结构设计、力学性能研究、生物相容性研究等方面的研究进展。最后简单评述展望了增材制造技术打印医用多孔钽材料的研究趋势。

激光选区熔化增材制造专用球形金属粉末制备技术现状及对比

相对十减材制造、等材制造、粉末冶金等传统制造技术而言。增材制造技术只有短短不到30年的时间，但是却在全世界范围内获得了极高的关注度，甚至被誉为人类历史上“第3次工业技术革命”。“所想所见即所得”是对该项技术优势的最好诠释。

基于Fluent的激光选区熔化设备风场流道仿真与结构优化

为减少激光选区熔化技术成形零件时产生的烟尘、黑渣和熔液飞溅等工艺副产物对产品质量的影响,设计一套均匀稳定的风场结构是解决此问题的有效手段。利用Fluent软件对激光选区熔化设备保护气体流道进行有限元仿真,通过优化风场流道结构、设计整流器等方法,对设备风场流道进行结构优化改进。结果表明,优化后的成形室风场分布均匀,湍流现象明显消减;风场流道下吹风口风速标准差由0.305 m/s降低至0.194 m/s,速度波动明显减小,分布更集中、稳定。

选区激光熔化直接成型金属零件致密度的改善

为了提高选区激光熔化（SLM）成型金属零件的致密度,对激光扫描单道熔池的形成特性进行了研究,探讨了扫描速度、激光功率对熔池宽度的影响,发现熔池附近无粉区宽度与熔池宽度有直接关系,并分析了激光连续扫描粉末情况下的扫描线间搭接缺陷.根据单道熔池的形成特性,提出采用层间错开扫描策略,该扫描策略将零件致密度提高到近100%,使层间与层内的熔池搭接紧密,SLM成型件的拉伸强度、延伸率、显微维式硬度分别达636MPa、15%~20%和250~285.实验结果表明,层间错开扫描策略对SLM直接成型金属零件的致密度与力学性能有明显的改善.

激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用

激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术,可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能,为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用,采用Di Metal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、Co Cr Mo合金、Ti6Al4V,并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和Di Metal系列激光选区熔化设备,设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明Di Metal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造,这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。

激光选区熔化增材制造金属零件精度优化工艺分析

由于金属熔点高、易氧化、易受热变形等因素,直接增材制造高精度功能性金属零件十分困难。研究了影响金属零件激光选区熔化直接成型零件精度的关键工艺因素,重点分析了粉末粘附、飞溅现象、翘曲变形现象的成因及对成型精度的影响机理。结合成型工艺实验,从扫描路径规划、含氧量控制及支撑设计等方面提出了弱化这些现象对成型精度的影响的方案。最后通过工艺方案优化,直接成型了一个具有较高精度的复杂齿轮零件,测量结果表明,该零件尺寸精度最高可达到±0.05 mm/10 mm,表面粗糙度最高可达到Rz 25.3μm的金属零件。