高强铝合金增材制造技术的研究进展

增材制造技术是实现高端航空航天产品功能优化设计及轻量化制造的重要途径。高强铝合金作为航空航天业使用最广泛的金属材料,其增材制造结构应用潜力巨大。高强铝合金对激光吸收率低、热导率高、易氧化,含大量易烧损合金元素,而且有很强的热裂倾向,成形难度极大,目前其增材制造成形技术远落后于其他合金材料,已成为各国竞相发展的科研领域。根据近年高强铝合金增材制造技术方面的主要研究进展,结合国内外激光选区熔化成形(Selective Laser Melting, SLM)和电弧熔丝增材制造成形(Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM)的研究现状,综述了高强铝合金增材制造技术的发展趋势及存在的主要问题。     

工业CT技术在激光选区熔化增材制造中的应用

通过对工业CT(计算机断层成像)技术原理及特点的分析,及激光选区熔化增材制造典型缺陷形成机理与特征的研究,设计制作了激光选区熔化增材制造工业CT检测用对比试件和缺陷模拟试件,开展了对比试件、缺陷模拟试件和实际样件的工业CT检测研究,结果表明:工业CT技术能有效检测出激光选区熔化增材制造中的孔洞及裂纹等典型缺陷,是选区熔化增材制造产品品质保证的有效检测手段。     

电子束选区熔化增材制造技术研究现状分析北大核心

增材制造(3D打印)作为一种新兴的材料成形方法,在航空航天、生物医学等领域有着广泛的应用前景。综述了电子束增材制造(3D打印)技术国内外研究现状,简述了利用电子束选区熔化技术增材制造的基本原理和国内外研究学者已经取得的部分研究成果,并展望了电子束增材制造技术的发展方向。     

选区激光熔化制备镍基高温合金的研究进展

综述了镍基高温合金选区激光熔化技术（Selective Laser Melting,SLM）的研究进展。通过阐述IN718沉积态典型凝固组织及性能的变化规律,发现IN718合金工艺参数不匹配引起的微观缺陷难以消除,并在增材制造过程中存在裂纹的问题;结合激光增材制造过程中工艺参数对沉积态组织的影响、热处理后组织的变化及其对力学性能的影响等方面的研究,对镍基高温合金选区激光熔化技术予以展望,为镍基高温合金选区激光熔化技术的发展提供参考。     

电子束选区熔化增材制造技术研究现状分析

增材制造(3D打印)作为一种新兴的材料成形方法,在航空航天、生物医学等领域有着广泛的应用前景。综述了电子束增材制造(3D打印)技术国内外研究现状,简述了利用电子束选区熔化技术增材制造的基本原理和国内外研究学者已经取得的部分研究成果,并展望了电子束增材制造技术的发展方向。     

激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展

激光选区熔化(SLM)技术与激光熔化沉积(LMD)技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力,但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题,影响了构件的力学性能,从而制约了其大规模的应用。针对这一现状,首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理,比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点,并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合。其次,从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手,综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响,以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响。发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构,从而影响成形件的组织与力学性能。此外,综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响,可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异,同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性。最后,探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响,通过合适的热处理能够降低成形构件应力,并调控组织相变和性能。     

激光选区熔化GH5188合金组织和性能研究

针对GH5188高温合金支板的激光选区熔化制造工艺,设计了不同的增材制造工艺方案,对比分析了不同的增材制造工艺参数和热处理工艺参数对产品的微观组织和力学性能的影响,总结了GH5188高温合金支板的激光选区熔化工艺设计要点。最终获得了满足要求的激光选区熔化GH5188高温合金支板零件。     

电子束与激光复合选区熔化系统的开发

电子束选区熔化与激光选区熔化是两种主要的基于粉末床的增材制造技术。电子束选区熔化技术具有效率高、温度高、材料适应性更广等特点,但成形精度较低;激光选区熔化技术的成形精度高、制件表面光洁度好,但效率较低。提出将两种选区熔化技术结合,以实现具有更高效率、更高精度和更高材料适应性的电子束与激光复合选区熔化的新型增材制造技术。将电子束和激光两种扫描系统结合于同一片成形区域,通过坐标转换实现电子束与激光的复合扫描;针对真空环境下熔融金属蒸发导致激光器所用镜片失效的问题,设计了一套真空室内防蒸镀装置,以保证激光器可在金属蒸汽环境下长时间连续工作;分析了防蒸镀镜片的平行度对激光扫描精度的影响,提出采用高精度防蒸镀镜片来避免因镜片旋转导致激光扫描的误差。     

金属增材制造材料设计专刊前言EI北大核心CSCD

增材制造被美国“America Makes”、欧盟“Horizon 2020”德国“工业 4.0”、《中国制造 2025》等战略计划列为提升国家竞争力、应对未来挑战亟需发展的先进制造技术。激光粉床(la-ser powder bed fusion,L-PBF)增材制造技术,主要包括选区激光烧结(selective laser sintering,SLS)和选区激光熔化(selectivelaser melting,SLM),通过激光束将离散粉末逐层烧结/熔化并堆积成形,被公认为是解决个性、复杂构件整体成形难题的有效技术手段,成为国际学术界竞相发展的前沿热点。     

电子束选区熔化成形TC4合金显微组织与性能的研究进展

随着现代制造业的不断发展,增材制造技术获得了越来越多的应用,电子束选区熔化技术（EBSM）是一种粉末床熔融技术,是目前应用最为广泛的增材制造技术之一,可以成形出具有复杂结构和形状的高性能金属零件。成形工艺参数和热处理是影响电子束选区熔化成形TC4合金显微组织与性能的重要因素和主要调控手段,从这两方面对其进行综述,并展望其未来发展方向。     

选区熔化3D打印TiAl基合金的研究现状及展望

TiAl基合金(TiAl基金属间化合物),被认为是一种理想的新型轻质高温结构材料,在当代民用工业、兵器工业以及航空航天等领域具有广阔的应用前景.然而TiAl基合金脆性较大,传统的成形方法难以制备出复杂结构的构件,严重制约了该合金的推广与应用.选区熔化3D打印是按照CAD模型的分层切片数据,以激光或者电子束为高能量热源逐层扫描熔化粉末,逐层堆积,直接实现构件的制造,代表了TiAl基合金成形最前沿、最新颖的技术.基于激光选区熔化成形(SLM)与电子束选区熔化成形(SEBM)制备TiAl基合金的最新研究成果,重点归纳了成形过程中常见缺陷的形成原因以及控制措施,详细阐述了工艺参数对成形质量、微观组织以及力学性能的影响规律,然后对比分析了SLM和SEBM制备TiAl基合金的优缺点.国内外的研究结果表明,控制TiAl合金的开裂倾向是SLM制备TiAl合金需要解决的首要问题,也是提高成形件致密度,改善力学性能的基础;而SEBM技术通过工艺优化,能够较好地抑制TiAl合金的开裂,获得高致密度成形件,其力学性能可以达到传统锻件、铸件的水平,更加适合TiAl合金的3D打印.最后对选区熔化3D打印TiAl基合金的研究方向提出了建议.     

Research on Process and Microstructure Formation of W-Ni-Fe Alloy Fabricated by Selective Laser Melting

W-Ni-Fe alloys are important materials for many practical applications; however, at present, they are usually fabricated by conventional powder metallurgy techniques, which is difficult in fabrication with complex shapes. In this work, a selective laser melting (SLM) processing method was developed for fabricating W-Ni-Fe alloys parts. A process map was obtained for selection of proper laser parameters by optimizing processing conditions. Microstructures of laser fabricated samples in different laser energy inputs were investigated. There are two coexisting forming mechanisms in the SLM process: (i) liquid phase sintering (LPS) with full melting of Ni and Fe powders but non-melting of W powders and (ii) melting/solidification with full melting of W powders. Moreover, with increasing laser energy, a transition trend of forming mechanism from LPS to full melting/solidification can be observed.     

选区激光熔化金属表面成形质量控制的研究进展

选区激光熔化是目前应用广泛的金属增材制造方法,能够实现复杂精密金属件的成形。但是,由于技术原理的限制,选区激光熔化金属表面与切削加工表面相比,成形质量仍然存在较大差距,影响了这一方法的进一步应用。如何提高表面成形质量,是目前选区激光熔化金属成形领域重要的研究方向。介绍了选区激光熔化成形原理,分析了影响选区激光熔化金属表面成形质量的因素,总结了目前选区激光熔化金属表面成形质量的控制方法及相关研究进展。指出合理地布置成形件位置、避免将成形质量要求高的轮廓面设置为第三类表面、优化扫描工艺参数,是控制和提高选区激光熔化金属表面成形质量的主要途径。     

基于CMT的钛合金电弧增材制造技术研究现状与展望

钛合金高强度、高耐热的特性决定了其在航空航天、船舶制造等领域的广泛应用,但由于钛合金的难加工性,使得传统锻造+机加的方式模具损耗严重、制造周期长。增材制造作为一种制造成本低、成形效率高的绿色化制造工艺,凭借其无需模具、直接成形的优势在钛合金制造领域受到国内外学者的广泛关注。电弧增材制造技术相较于其他增材工艺(如激光增材制造、电子束增材制造等)沉积效率更高,不受零件尺寸的限制,在大型和超大型结构件的制造中具有突出优势,其中基于冷金属过渡(Cold metal transfer,CMT)的电弧增材制造技术由于沉积过程更稳定、热输入量更低,已逐渐成为钛合金增材制造领域的研究热点。文中对基于冷金属过渡的钛合金电弧增材制造技术的研究现状进行综述,介绍钛合金打印件的微观组织和力学性能特征,总结分析了成形参数对打印件微观组织与力学性能的影响规律,并概述了形核条件调控、轧制和超声冲击等辅助技术对打印件微观组织与力学性能的影响机制,最后展望了钛合金CMT电弧增材制造的未来发展趋势。     

高熵合金高能束增材制造及性能的研究进展

高熵合金（HEA）是目前材料和工程科学领域的研究热点。HEA不同于传统合金，由多种主要元素组成，因此HEA成分数量可能大大超过传统合金。HEA因其独特“近/等摩尔比”的成分构成，具备高硬度、抗氧化、抗腐蚀、耐高温、耐磨等优异的性能。增材制造（AM）与HEA结合可制备出高强度、高塑性、高度复杂几何体的金属零件。本文探讨了目前广泛使用的选区电子束熔化技术（SEBM）、选区激光熔化技术（SLM）、激光熔覆技术（LC）以及等离子熔覆技术（PC）。前两者用于制备块状HEA，后两者用于制备涂层HEA。SEBM制备的HEA延展性好，不易开裂；SLM制备的HEA成形精度、强度、表面光洁度高；LC制备的HEA熔覆层稀释度极低，组织致密；PC制备的HEA熔覆层几乎无气孔、无裂纹。本文系统总结了4种不同AM方法的技术特点，以及制备的HEA相较于传统铸造技术在微观结构特征、力学和耐腐蚀性能方面的优势，并详细介绍其内在机理。本文为开发AM制备高熵合金的前沿技术提供理论思路。     

激光增材制造难熔金属研究进展

难熔金属由于具有优异的综合性能而广泛应用于航空航天、装备制造、核工业及生物医疗等领域。但是由于高熔点及高韧脆转变温度的特点,尚存在加工制造困难、生产周期长、对设备要求高等问题,从而限制了其应用与发展。激光增材制造是近年来新兴的数字化制造技术之一,为制造和加工难熔金属提供了新的发展思路。本文重点介绍了近年来激光增材制造难熔金属的热点领域,包括钨及钨基重合金、纯钼及钼硅硼合金、铌硅及铌钛合金和多孔钽,对尚存在的问题进行了总结,最后对激光增材制造难熔金属未来的发展方向进行了展望。     

A Review of Emerging Metallic System for High-Energy Beam Additive Manufacturing: Al-Co-Cr-Fe-Ni High Entropy Alloys

Al-Co-Cr-Fe-Ni high entropy alloy (HEA) system is a newly developed category of metallic materials possessing unique microstructure, mechanical and functional properties, which presents many promising industrial applications. In recent years, additive manufacturing technology has given rise to a great potential for fabricating HEA parts of ultra-fine grains and geometrical complexity, thereby attracting great interest of researchers. Herein, a comprehensive review emphasizes on the recent developments in high-energy beam additive manufacturing of Al-Co-Cr-Fe-Ni HEA, in the aspects of their printing processes, microstructures, properties, defects, and post treatments. The technical characteristics of three typical high-energy beam additive manufacturing technologies for printing HEA, namely, selective laser melting (SLM), selective electron beam melting (SEBM), and directed energy deposition (DED) are systematically summarized. Typical crystal structure, grain, microstructure, as well as corresponding properties of Al-Co-Cr-Fe-Ni HEA manufactured by those technologies are primarily presented and discussed. It also elaborates the formation mechanisms of harmful defects related to the rapid solidification and complex thermal cycle during high-energy beam additive manufacturing. Furthermore, several kinds of post treatments with an aim to improve performance of HEA are illustrated. Finally, future research directions for HEA by additive manufacturing are outlined to tackle current challenges and accelerate their applications in industrial fields.     

增材制造金刚石工具研究现状及展望

随着金刚石工具朝着形状复杂化、结构精密化、性能高端化等方向发展,常规金刚石制造工艺受成形原理限制较难满足上述要求,亟须寻求新的金刚石工具制造工艺。增材制造是一项新兴的、降三维制造为二维制造的技术,近年来开始应用于复杂结构金刚石工具的制造。本文综述了激光选区熔化、激光选区烧结、立体光固化成形等目前主流增材制造工艺成形金刚石工具的研究进展,详细介绍了3种工艺的成形原理,重点阐述了不同工艺中金刚石与胎体材料的界面结合问题,简要对比了3种增材制造工艺成形金刚石工具的差异。最后,对未来增材制造金刚石工具的研究重点进行了展望。