激光粉末床熔融成形腔内非稳态流场特性研究

目的研究激光粉末床熔融(LPBF)中成形腔内保护气的流动规律,获得气流速度脉动和旋涡等流场非稳态特征及其变化规律。方法利用热线测速计测量腔内的瞬时速度,研究保护气的速度分布及其脉动特性;基于数值模拟方法探究腔内气流形成的旋涡情况,分析涡的分布及其旋转速度;利用烟雾示踪方法对保护气流场进行可视化处理,分析气流的运动过程。结果腔内气流经历了射流扩散、上下波动、大涡流、汇流等复杂运动过程,气流速度随时间的变化呈明显脉动特征,且气流脉动幅度受位置影响较大,进出风口的平面流速最大可达2.4m/s,最小为0.25m/s。同时,气速随平面高度的增大而逐渐减小;腔内存在以纵向大尺度旋涡为主、若干小尺度旋涡共同作用的涡流,由腔内边壁至中心,涡流切向速度呈先上升后下降的趋势,且随入口气速的增大而增大,在切向速度急剧降低的腔体角落、透镜等区域,易形成流动“死区”,导致烟尘颗粒聚集且难以排出,影响构件的高质量成形制造。结论保护气在LPBF成形腔内形成了复杂的非稳态流动,并以剧烈的速度脉动和多尺度的涡流为典型特征,而针对非恒定的层流、成形腔结构的优化设计仍需进行更深入的研究。

3D打印技术发展及塑性材料创新应用

为充分发挥三维打印技术(3D打印)在工业生产和科技创新中独特的先进制造能力,以非金属材料、金属材料和生物材料为分类,系统介绍了3D打印硬件设备的成型原理和技术特征,详细分析了3D打印常用材料尤其是塑性材料的性能特性、应用方向以及新材料的研发趋势,对3D打印在工业级应用中的优缺点进行了系统总结和评价,并客观分析了3D打印技术推广普及的瓶颈,最后通过实际案例介绍了塑性材料3D打印在个性化医疗器械定制方面的应用方法和综合优势。

PA12试件多射流熔融成型工艺研究

采用多射流熔融增材制造技术制备了PA12试件,研究了PA12试件不同的构建取向对其成型精度和力学性能以及致密度的影响规律。结果表明,当位置尺寸为宽度方向时,尺寸精度总是呈正偏差,并且在不同得成型角度下,无明显变化规律,与宽度方向相比,厚度方向与长度方向尺寸精度随成型角度增加,变化规律较为明显;试件的力学性能与延伸率受成型角度影响规律相似,当成型角度从0°增加到45°时,试件拉伸强度与延伸率逐渐降低,在成型角度大于45°后,拉伸强度与延伸率显著提升;致密度变化趋势与力学性能保持一致;综合分析可得,当成型角度为45°时,试件的尺寸精度达到最佳水平;最佳力学性能成型角度为0°,此时PA12试件的平均拉伸强度为50.95 N/mm^(2),平均延伸率为37.02%;致密度最高成型角度为0°,平均致密度可达到99.311%。

基于正逆向混合建模的残缺涡轮修复方法的探究

工程中零件残缺部位数据的重构是修复工作的关键,因残缺3D形貌高度的不可控性与不稳定性,难以通过常规测量手段获取,为解决残缺部位数据获取的难题,提出了一种基于正逆向混合建模软件Geomajic Spark的正逆向混合建模重构残缺部位数模的方法。以残缺涡轮为例,利用扫描仪获取点云数据,通过逆向点云处理软件Geomajic Studio进行点云处理、在Geomajic Spark软件中拟合特征、绘制轮廓,导入逆向校核软件Geomajic Qualify中进行误差分析比对和布尔运算操作,获得残缺部位数据;通过增材制造路径轨迹模拟及残缺部位打印成型的方式,对残缺模型与待修复零件进行贴合,验证了逆向工程辅助下的正逆向混合设计在获取零件残缺部位数模及增材制造技术的可行性与准确性。

AZ91D镁合金粉末粒度分布对其选区激光熔化成形的影响

为了解决AZ91D镁合金粉末选区激光熔化(SLM)成形过程中产生的烟尘问题,从粉末粒度分布的角度着手,将粉末筛分成不同规格,并按一定比例混合后进行SLM成形实验,探究其对成形过程烟尘产生的影响规律,在保证制件较高拉伸强度的条件下,找出烟尘产生量较少的粒度分布。实验结果表明:镁合金粉末粒径分布对其SLM成形过程中产生的烟尘量有明显的影响作用;SLM成形相同的制件,20μm以下的细粉末对烟尘的产生作用显著,适当增大大粒径粉末所占比例,能有效减少烟尘的产生量;同时,筛除20μm以下的细粉末后,制件的抗拉强度提升了6%,大粒径粉末比例的增加,使得制件的抗拉强度有所降低,但这一影响并不显著。研究结果所确定的优选粉末粒度分布区间,可为进一步减少SLM成形过程中的烟尘产生量、获得高性能镁合金制件提供方法创新和技术支撑。

相反转工艺制备聚苯乙烯/聚酯共混物微球

通过相反转工艺制备了聚苯乙烯/聚酯共混物微球,采用差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、粒度分析仪研究了共混物微球的玻璃化转变温度、微观形貌、粒径等,分析了分散剂、表面活性剂、搅拌速率对共混物微球粒径及其分布的影响。结果表明:共混物微球具有两个玻璃化转变温度,与聚苯乙烯和聚酯的玻璃化转变温度相比,共混物微球的两个玻璃化转变温度相互靠近;聚酯和聚苯乙烯构成不相容体系,但二者链段间具有部分相容性;共混物微球表面粗糙;聚乙烯醇可有效减缓聚合过程中单体相粒子间发生聚并;微球粒径随表面活性剂用量、搅拌速率增加而减小,且粒径分布变窄。

工艺参数对SLA成型制件力学性能的影响

为了获得性能优异的立体光固化成型(SLA)制件,以SZUV–W8001P型光敏树脂为打印材料,基于SLA光固化3D打印机制备了不同工艺参数下的标准拉伸、弯曲及冲击试样,探究了打印层厚、填充扫描速度、填充线距及后固化时间等工艺参数对SLA成型试样力学性能的影响。结果表明,打印层厚为0.05mm时,拉伸强度、弯曲强度和冲击强度均达到最大值,分别为48.52,68.63MPa和174.76kJ/m^2;填充扫描速度对力学性能影响较小;力学性能随填充线距的增大呈先增大后减小的趋势,在0.04~0.06mm时表现出良好的力学性能;拉伸强度随后固化时间的增加呈先上升后下降的趋势,后固化时间为100min时拉伸强度最大为47.93MPa;当打印层厚为0.05mm,填充扫描速度为6000mm/s,填充线距为0.04~0.06mm以及后固化时间为100min时,有利于SLA制件获得相对最优的力学性能。

送粉式平面激光熔覆搭接模型构建及实验分析

为解决编程繁琐性,实现编程的自适应性,得到较为理想的平面熔覆质量,建立了送粉式平面激光熔覆搭接模型,由单道熔覆线熔宽W=1.95 mm,熔高H=0.64 mm,计算得到了搭接轨迹中心距C=1.42 mm,通过Simplify3D软件生成填充挤出线宽度k=100%与80%两种NC轨迹代码。采用侧向送粉方式,进行316L金属粉末激光熔覆试验,分析了熔覆层搭接形貌、微观组织及沿熔深方向上的显微硬度变化规律。试验表明:填充挤出线宽度k=80%相比k=100%时平整度有所改善,表现在凹坑的深度明显变浅、敞口宽度变窄;熔覆层与基体为冶金结合,无气孔产生,熔覆层组织表现为枝晶、等轴细晶、平面晶;熔覆层顶部到基体显微硬度大致呈现先增大后降低至基本趋于平稳的趋势,其中最大硬度值为423.4 HV,测量得到熔覆层组织硬度大约是基体的1.5~2.4倍。