增材制造技术在燃气轮机研制中的应用研究

在燃气轮机研制阶段,需要对零部件设计进行多次改进迭代。为解决传统加工方式周期长、成本高的问题,将增材制造技术应用于燃气轮机研制过程中。借助于金属3D打印设备,开展了燃气轮机关键部件增材制造成型研究;借助于非金属3D打印机,开展了燃气轮机模型的成型研究。结果显示,增材制造技术能够实现具有非常复杂几何结构的零部件的高效、快速成型,而不必借助额外的工装。将增材制造技术应用于燃气轮机研制过程有助于快速实现产品设计迭代,缩短研发周期、节约研制成本、提高产品性能,适应于先进高性能燃气轮机发展趋势。

激光直接沉积成形增材制造技术在飞机起落架上的应用研究

激光直接沉积成形对于飞机起落架制造具有"变革性"意义,具有突破规格限制、减少原材料浪费、缩短加工制造周期等技术优点,在未来飞机起落架快速试制方面具有较为明显的技术优势及应用前景。目前已突破A-100钢激光直接沉积增材制造成形工艺、性能质量控制等关键技术,试制的起落架零件已在飞机上实现领先试用,力学性能基本达到材料锻件水平。但面向该技术的推广应用仍面临着成形工艺策略、热处理控制、无损检测、构件表面强化及综合验证等关键技术的进一步突破。

基于木塑基耗材的增材制造技术研究进展

以木、竹等生物质材料为基材的3D打印木质制品,兼具木材质感与填充材料的良好性能,是实现可再生资源持续利用的重要途径之一。总结了近年来木塑基耗材的增材制造研究、工艺提升和设备研发的最新进展。首先介绍了通过木粉、木质纤维素、纳米纤维素等为基材或增强组分混合PLA、ABS和TPU等,实现对原材料制备的突破;其次分析了对3D打印木塑基复合材料机械性能和界面相容性等关键技术参数的研究报道;再阐述了基于木塑基耗材FDM、SLS和3DP等不同成型工艺的方法创新及其工业化应用探索,详述了目前基于木塑基耗材的增材制造设备原理及其研发现状,讨论了设备研发中亟待解决的关键问题;最后,从原材料制备木质含量较低、品种偏少,制品材料性能有待提高,以及设备成型效率偏低等三方面,分析了目前基于木塑基耗材的增材制造面临的技术难题与挑战,并从专用耗材、专用设备和全过程工艺研发,以及评价与标准体系建设两个方向提出未来可能的发展趋势。国内外迫切需要完整的木质材料增材制造解决方案,以期实现其从概念验证应用转向产品大规模和商业化生产。

3D打印技术在牙科制造领域中的应用及未来

背景:对于牙齿缺损或缺失的病例,需通过个性化制作修复物达到治疗目的。传统的制作工艺耗时长、费用高、精准度差。3D打印技术引入牙科制造后,能一定程度提高制作效率和品质。目的:介绍3D打印技术在牙科制造中的应用现状,讨论目前应用中存在的技术瓶颈,展望未来3D打印技术在牙科制造应用的发展方向。方法:作者以"3D printing,metal implant,dental manufacturing,dental restorations,3D打印,骨缺损,金属内植物,牙科制造,牙科修复"等为关键词,检索1980至2019年期间的Web of Science、万方、CNKI数据库中的相关文献。初检文章261篇,筛选后对60篇文章进行参考总结。结果与结论:3D打印牙模、数字化种植导板、蜡型等已在牙科制造中得到应用和推广,3D打印技术在牙科制造已得到较广泛的应用,使用最为广泛的6种工艺分别是树脂光固化成型、叠层实体制造、熔融沉积成型、选择性激光烧结、选择性激光熔化、立体喷墨技术。目前3D打印技术在牙科制造领域的应用存在着一定的技术瓶颈,突破技术瓶颈后,3D打印技术在未来的牙科制造领域将能发挥更大作用。

功能梯度增材制造技术的研究现状及展望

概述了金属-金属、金属-陶瓷梯度材料相关的增材制造技术,并论述它们的优势及不足。详细阐述了激光选区熔化技术和定向能量沉积技术这两种功能梯度增材制造技术的研究现状,简述了其它增材制造技术。最后对功能梯度增材制造技术的未来进行了展望。

超声振动对激光沉积Ti-6Al-4V钛合金组织与性能的影响

采用多物理场仿真模拟,建立了垂直基板法向方向施加的超声幅场模型,得到的超声驻波幅场分布与实验结果相同。在未施加和施加驻波超声场的基板上,采用激光沉积制造(LDM)工艺制备了Ti-6Al-4V钛合金试样,对比分析了试样显微组织和力学性能的差异,并对差异产生的原因进行了探讨。数值模拟结果表明,当以垂直基板法向方向施加超声场时,基板上形成驻波,基板的固有频率与超声频率是影响超声作用效果的关键因素,当超声频率为20.2 kHz时,驻波存在最高振幅,达到76μm。相比于无振动作用,超声引入可有效阻碍β柱状晶的生长趋势,细化β柱晶内部的α片层组织,被施加高振幅作用的试样在底部靠近基板区域的组织产生等轴β晶区和密集的亚晶界,激光熔覆层横截面硬度随振幅升高而显著提高,抗拉强度随振幅的升高提高4.2%,屈服强度随振幅的升高提高3.1%。驻波超声场在基板上的形成,实现了超声场对LDM制备Ti-6Al-4V钛合金组织与性能的有效调控,为LDM工艺制备更高质量钛合金构件提供重要的理论指导。

LDM连接及SLM成形TC4合金的组织与性能

以TC4粉末为原料,采用激光沉积制造技术,对选择性激光熔融成形件进行连接,可获具有复杂精细结构的大型整体构件。对连接成形件试样进行拉伸性能测试,利用光学显微镜(OM)及扫描电子显微镜(SEM)观察了各区域组织及断口形貌,研究连接件组织与性能的关系。结果表明:连接件组织差异明显,分为选择性激光熔融(selective laser melting,SLM)、热影响区(heat affected zone,HAZ)、激光沉积制造(laser deposition manufacturing,LDM)3个区域,SLM区由α片层组成,HAZ由分布更加杂乱的α片层组成,LDM区由长直的α′马氏体组成,3个区域显微硬度依次降低。连接件的强度和塑性低于SLM成形件,抗拉强度均达到1140 MPa以上,屈服强度达到1050 MPa以上,连接件的伸长率降低48.41%,断面收缩率降低35.14%,强度降低较小,塑性降低较明显。连接件的断裂位置发生在LDM区,断裂机制为半解理半韧性断裂。就两种不同沉积方向的连接方式而言,LDM与SLM沉积方向垂直的连接方式,其强度和塑性均高于LDM与SLM沉积方向平行的连接方式,这是由于连接件各部分性能相对较好的协调和匹配所致的。

激光增材制造技术发展及在航天领域的应用进展

增材制造(AM)技术作为近30多年来发展起来的新型数字化制造技术,具有快速制造复杂结构产品、高效利用原材料、可高度优化产品结构及适应个性化小批量生产等优点,非常契合航天装备日益整体化、复杂化、轻量化、结构功能一体化制造需求,为传统航天制造业的转型升级提供了巨大契机。近年来,以金属粉末为原材料、以激光为热源的激光增材制造(LAM)技术已成为AM技术领域最为热门的研究方向之一,其在航天领域的应用范围已从零部件级逐渐发展至整机级,且正在迈向工业化和智能化。本文针对航天领域广泛应用的3类典型轻质高强金属材料(铝合金、钛合金及镍基高温合金)、3类典型结构(大型整体结构、异种金属结构、发动机整机结构),介绍了近年来国内外LAM技术的发展及在航天领域的应用进展,分析了当前存在的问题和不足,并对未来LAM技术潜在研究发展方向进行了展望。

热处理对激光沉积制造TA15/Ti_(2)AlNb组织和性能的影响

应用激光沉积制造(LDM)技术制备TA15/Ti_(2)AlNb复合结构,对试样进行多种热处理,并观察其显微组织,测试其拉伸性能,分析其断口形貌和显微硬度。结果表明,TA15侧组织进行去应力退火后,α相逐渐增大并彼此截断,产生短小棒状α相;当退火温度达到900℃时,组织为较均匀的网篮组织;固溶时效处理后,出现部分粗化的α相与细长的α相。Ti_(2)AlNb侧随着退火温度的升高,O相逐步转变为B2相和α_(2)相;固溶时效处理后,O相较为充分地析出。过渡区界面在固溶时效处理后基本消失。TA15/Ti_(2)AlNb抗拉强度在热处理后有所降低,但塑性较好;沉积态拉伸试样断裂机制为解理断裂,退火态、固溶时效态拉伸试样断裂机制为半解理半韧性断裂;断裂位置均在过渡界面附近。TA15侧显微硬度高于Ti_(2)AlNb侧,950℃×1 h空冷+800℃×4 h空冷固溶时效处理后两侧显微硬度差异最小。