纳米TiC改性对选区激光熔化铜成形的影响

为减少选区激光熔化铜成形过程中铜粉对激光的反射,提高激光吸收率和成形件致密度,通过机械球磨使用具有高激光吸收率的纳米TiC对粒径为15~53μm的铜粉进行改性。结果表明:改性后的铜粉对激光的吸收率由22%提高到53.7%;在激光功率为340 W、扫描速度为500 mm/s条件下成形的试样,其致密度由改性前的90.7%提高到99.8%。采用纳米TiC对铜粉进行改性,实现了铜粉对激光吸收率的大幅度提升和小功率激光扫描条件下选区激光熔化高致密铜的成形。     

选区激光熔化激光功率对316L不锈钢熔池形貌及残余应力的影响

针对选区激光熔化(SLM)工艺参数的匹配性对成形质量的影响,选取三种激光功率在不同的扫描速度和扫描方式下进行实验,研究了激光功率对熔池形貌及残余应力的影响。结果表明:随着激光功率增大,熔池的几何尺寸和成形件中的残余应力均变大。这主要是因为在上述参数序列下,随着激光功率增大,热流密度增大,相同层厚与截面下的温度梯度增大,熔池温度升高,熔池尺寸变大,从而导致成形件熔融时的晶面夹角及晶界间距较大,进而产生了较大的热应力,成形件冷却凝固后的残余应力过大。在实际应用中,通过合理设计匹配的工艺参数,可以得到较适合的熔池几何尺寸(即较合理的温度梯度分布),从而减小热应力,进而减小残余应力,得到成形质量较高的SLM工件。     

激光选区熔化WC 12Co复合材料成形工艺与性能研究

硬质复合材料因拥有高硬度、高强度和耐磨性好的特点,常被用做刀具生产的合金材料。使用激光选区熔化技术,通过改变成形工艺参数激光功率和扫描速度,制备WC 12Co硬质合金样件,研究工艺参数对成形试样致密度、截面金相组织和显微硬度的影响。结果表明：当激光扫描速度值不变时,随着激光功率的增大,成形试样的致密度呈现逐渐增大的趋势;当激光功率值不变时,随着激光扫描速度的增大,成形试样致密度先增大后减小,扫描速度对致密度的影响较为明显;线能量密度值过大或者过小都不利于试样致密度的提高;在激光功率290 W、扫描速度为900 mm/s的最佳参数组合下,得到了致密度为91.392%的WC 12Co试样。通过对工艺参数进行合理匹配设计,为SLM成形WC 12Co应用于实际工业生产提供了理论和工艺实践参考。     

选区激光熔化316L不锈钢成形质量与晶粒形貌研究北大核心CSCD

选区激光熔化零件的性能与工艺参数影响的表面质量和内部缺陷是密切相关的,为了深入了解表面质量和内部缺陷与工艺参数之间的关系,以提高成形质量。通过研究不同激光功率和扫描速度制备的选区激光熔化样品的晶粒形貌、致密度和显微硬度。结果表明,随着激光功率的增大,熔池宽度逐渐增大,熔池轨迹更加清晰连续,致密度和硬度呈先增大后减小的趋势;随着扫描速度的增大,熔池宽度减小,熔池轨迹越来越无规则且不连续,致密度和硬度先增大后减小;选区激光熔化316L不锈钢样品均有奥氏体单相构成,不受激光功率和扫描速度的影响。另外,熔池宽度分别与激光功率、扫描速度符合二次多项式数学关系;xoy平面的晶粒尺寸要略小于yoz平面的晶粒尺寸,晶粒大小的差异导致显微硬度的不同,xoy平面上显微硬度都略大于yoz平面上硬度,产生各向异性;孔洞数量少的致密度相对较大,当致密度达到最大98.74%时,显微硬度也达到最大,xoy平面上硬度为227.5 HV,yoz平面上硬度为210.1 HV。     

激光选区熔化纯铜成形件尺寸精度的研究

为了研究工艺参量对激光选区熔化纯铜粉末成形件尺寸精度的影响,采用正交实验对纯铜粉末进行了激光选区熔化成形研究。分析了铺粉厚度为0.05mm时,工艺参量对成形件尺寸绝对误差的影响规律及各因素对尺寸精度的影响机理,确定了各工艺参量对尺寸绝对误差影响的主次顺序为扫描间距>扫描速率>激光功率>扫描路径,得到最优的工艺参量组合为激光功率360W,扫描速率1050mm/s,扫描间距0.08mm,扫描方式是spiral。结果表明,成形件尺寸绝对误差随激光功率的增大而增大,随扫描速率、扫描间距的增大而减小;不同扫描路径对尺寸绝对误差的影响差别较小;在因素水平范围内,尺寸绝对误差随体能量密度的增加而增大。该研究为激光烧结纯铜粉末时的参量选择提供了一定依据。     

基于层分区扫描策略的选区激光熔化成形试验研究

选区激光熔化(SLM)成形质量主要由工艺参数与扫描策略复合作用决定。试验通过不同成层方式、叠层方式以及扫描方式的复合得到层分区扫描策略。而后以不同层分区扫描策略复合适宜工艺参数组合成形TC4样件，并对其进行质量研究。结果表明，采用层分区扫描策略成形的样件其致密度更高，电镜下显微组织中针状马氏体分布更为细密。采用层分区扫描策略成形100μm层厚的样件时，其边长尺寸误差率及表面粗糙度变小。运用层分区扫描策略成形的样件较未运用层分区扫描策略形成的样件具有更强的成形环境调节能力，成形质量更优。     

316L不锈钢粉末激光选区熔化成形仿真及单层多熔道形貌重构

为定量预测不同工艺参数下316L不锈钢粉末激光选区熔化(SLM)成形熔道形貌并完成其单层多熔道形貌重构，首先对SLM成形熔道的过程进行了模拟，接着完成了SLM成形单熔道实验，得到了工艺参数与熔道宽度及其标准差系数之间的关系，并建立了单熔道截面轮廓数学模型，在此基础上完成了接近真实轮廓的单层多道轮廓三维模型重构。研究结果表明：当激光功率恒为200 W时，随着扫描速度从1.0 m·s^-1增大到2.0 m·s^-1时，熔道宽度从69.82μm减小到46.65μm，熔道宽度标准差系数从9.84%增大到22.65%；当扫描速度恒为1.3 m·s^-1时，随着激光功率从100 W增大到300 W，熔道宽度增加到69.64μm后开始减小，熔道宽度标准差系数减小到13.11%后开始增大；同一线能量密度下得到的熔道宽度值的变化正常，但熔道宽度标准差系数在12.26%到22.65%之间波动；当激光功率约为200 W、扫描速度约为1.0 m·s^-1时，成形的单道熔道宽度均匀，标准差系数低于15%，熔道质量较好。     

脉冲式激光选区熔化成形搭接率的研究

为了探究脉冲式激光选区熔化成形过程中的搭接率与搭接特性,采用了弓形与抛物线形搭接理论模型,并设计了单熔点、单熔道和多层块体的成形实验,获得了不同条件下较优的搭接率。结果表明,单熔点熔宽随曝光时间增大而增大;单熔道实验中,曝光时间为40μs~60μs时,单熔点间较合理的搭接率约为30%;曝光时间为80μs时,搭接率约为50%;曝光时间为100μs~120μs时,搭接率约为60%;多层块体实验中,单熔道间的搭接率为50%时,块体表面形貌较好;通过对块体进行致密度、缺陷、微观组织和拉伸性能分析可知,当功率200W、层厚50μm、曝光时间100μs、点距65μm、线间距77μm时,可得到致密度最高为99.99%的样件。该研究对认识脉冲式激光选区熔化成形过程中的搭接特性和搭接率选取是有帮助的。     

激光熔覆熔池表面温度场分布的检测

采用电荷耦合器件(CCD)高温检测技术,检测了送粉同步式和预置式两种不同工艺下Ni基合金激光熔覆熔池,得到了其在不同功率下的熔池形貌、尺寸和温度场分布.结果表明,当激光功率低于1100 W时,合金粉末熔化不均匀,熔池形貌不规则;当激光功率达到1300 W时,熔池形貌近似椭圆形分布,比较规则平滑,x,y方向尺寸分别为2.8 mm,2.7 mm,平均温度为1800 K,其形貌和尺寸趋于稳定;当激光功率继续增加时,熔池形貌基本不变,但平均温度增加,由于高温热传导熔化,熔池尺寸会有少量增加.     

激光选区熔化熔池光强监测系统设计

熔池光强监测是激光选区熔化（SLM）过程监测的重要方法之一。针对SLM成形过程,建立了一套熔池光强监测软硬件系统,通过近红外滤光技术和光电二极管检测电路,获得成形过程中的熔池光强数据。针对时域信号不能可视化激光作用不同成形位置时的熔池光强变化,提出了采用映射算法对熔池光强数据进行建模。对变功率下熔池光强进行数据分析与建模,激光功率120 W熔池温度均值为1 404℃时,二极管信号均值为0.31 V,标准差为0.04 V,熔池较稳定;功率增加到220 W熔池温度为1 727℃时,二极管信号均值增加为0.81 V,标准差增加为0.22 V,熔池稳定性变差。表明该熔池光强监测系统可以获得工艺参数对熔池热辐射行为的影响规律,用于支持SLM成形工艺的研发与优化。     

同轴送粉激光成形中粉末与激光的相互作用

详细介绍了同轴送粉激光成形过程中，金属粉末与激光束相互作用时间的计算方法。在ANSYS软件平台上，建立了金属粉末穿越激光束过程中粉末温度场的计算模型。系统计算了不同颗粒大小316L不锈钢粉末与不同功率激光束相互作用后的温度。在此基础上，计算了金属粉末与激光束的能量交换及金属粉末落入激光熔池后与激光熔池的能量交换。计算结果表明，在激光束直径为3mm条件下，316L不锈钢粉末穿过功率大于1000W的激光束后，所有尺寸金属粉末均被熔化，即金属粉末以液态进入激光熔池。通过金属粉末与激光束及激光熔池的能量交换计算，可知在激光成形中，约有5％的激光能量用于加热和熔化粉末，而大约95％的激光能量用于激光熔池的形成及由于热传导造成的热量损失。     

选择性激光熔化成形高熵合金CoCrFeMnNi的温度场数值模拟研究

采用Ansys有限元分析软件,对选择性激光熔化成形高熵合金CoCrFeMnNi的温度场分布进行数值模拟。在考虑随温度变化的热物理参数情况下,建立选择性激光熔化有限元模型,利用在Ansys-Workbench中插入参数化设计语言,实现高斯锥形体热源的加载,研究功率和速度对成形过程温度场的影响。模拟结果表明：在单层多道模拟时,随着SLM激光功率增大和扫描速度的下降,SLM成形HEA CoCrFeMnNi的熔池长度和宽度呈增大趋势;先扫描的区域会对未扫描的区域起预热作用且存在热积累现象,在平行于SLM激光扫描方向存在较大的温度梯度。     

选区激光烧结PS/PMMA成形工艺优化与性能研究

为改善聚苯乙烯(PS)粉选区激光烧结出来的制件强度与精度低的问题，通过添加聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉末制备PS/PMMA复合粉。以制件尺寸精度、抗拉强度为指标，选取分层层厚、扫描速度、激光功率、扫描间距进行正交试验，采用极差分析法进行成形工艺优化与性能研究。结果表明，选区激光烧结PS/PMMA复合粉末烧结件尺寸精度的最优工艺参数组合为预热温度101℃、扫描速度4 m/s、激光功率20 W、扫描间距0.25 mm、分层厚度0.24 mm。该工艺参数组合下PS/PMMA复合粉末烧结的X、Y、Z三向尺寸精度分别可达到0.004、0.033、0.020。经力学性能分析，选区激光烧结PS/PMMA较激光选区烧结PS的抗拉强度提高2.4%。     

CuCrZr合金选区激光熔化成形工艺与力学性能研究

为获得结构致密的CuCrZr合金部件,通过响应曲面和方差分析相结合的方法,探究选区激光熔化主要成形工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和铺粉层厚)对合金化CuCrZr粉末成形致密度的影响规律,并对其显微组织、物相和力学性能展开分析。结果显示：激光功率是最主要的影响因素,增大激光功率可显著提高成形致密度;在铺粉层厚0.02 mm,激光功率170 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距0.04 mm的工艺组合下,获得最高致密度为96.8%。在此工艺下成形出的CuCrZr合金试样屈服强度为(176.7±2.1) MPa,抗拉强度为(244.7±1.2) MPa,延伸率为29.4%±0.9%。     

选区激光熔化成形系统的动态聚焦技术研究

针对二维振镜存在的聚焦误差问题,根据产生聚焦误差的原理,采用动态聚焦技术补偿聚焦误差.分析振镜激光扫描过程中的图形失真机理,采用坐标映射方式补偿图形畸变方法.基于PCI总线控制技术实现动态聚焦振镜扫描的控制,并将该动态扫描系统应用于选区激光熔化成形设备,通过选区激光熔化成形工艺实验,验证了所开发的动态聚焦系统满足选区激光熔化成形工艺要求.     

选区激光熔化成形VNbMoTaW难熔高熵合金工艺研究

采用选区激光熔化技术制备了VNbMoTaW难熔高熵合金，研究了激光工艺参数对VNbMoTaW难熔高熵合金试样的表面成形质量、微观组织和力学性能的影响。结果表明，当采用较高的功率和较低的扫描速度时，可有效改善VNbMoTaW试样表面质量，其中孔隙和裂纹是选区激光熔化技术制备VNbMoTaW难熔高熵合金的主要缺陷。VNbMoTaW难熔高熵合金组织主要由柱状晶和胞状晶组成，底部和中心大多为柱状晶，而熔池的两侧及顶部主要为胞状晶。VNbMoTaW的最高极限抗压强度可达2154 MPa，相比电弧熔炼方式制备的合金强度提高了69.6%。     

激光选区熔化成形TA7 ELI钛合金显微组织及力学性能研究

针对TA7 ELI钛合金开展激光选区熔化(SLM)成形工艺研究，获得激光功率P、扫描速度V对致密度的影响规律，进一步分析激光能量密度对缺陷的影响，并基于最佳成形工艺参数开展显微组织及力学性能分析。研究表明，SLM成形TA7 ELI致密度随激光功率P的升高先增加后降低，随着激光能量密度增加先增加后降低。当激光功率P为280 W、扫描速度V为1 000 mm/s、扫描间距H为120μm、铺粉层厚t为30μm时，成形试样致密度最高为99.89%,此时激光能量密度为78 J/mm³。SLM成形TA7 ELI沿着沉积方向为外延生长柱状晶，垂直沉积方向为等轴晶组织，晶内由平行或交错分布的细小针状α′马氏体组成。TA7 ELI沉积态抗拉强度超过1 050 MPa,延伸率达到15%,拉伸断口均匀密集分布等轴韧窝，表现为典型的韧性断裂特征。     

基于灰色关联分析的选区激光熔化成形18Ni300模具钢多目标工艺优化

为研究18Ni300模具钢选区激光熔化成形过程中多目标最优工艺问题,设计了以激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉厚度为工艺参数,以致密度、硬度、耐磨性为响应目标的响应面中心组合设计实验。结合灰色关联分析得到多目标的综合灰色关联度,通过分析实验的灰色关联度得到了拟合度达78.50%的回归预测模型,以及针对三个响应目标的最优工艺参数,分别为激光功率250 W,扫描速度850 mm/s,扫描间距0.05 mm,铺粉厚度0.02 mm,此工艺参数理想的灰色关联度可达0.9312;在最优工艺参数下得到了相对密度为99.5%、硬度为41.5 HRC、磨损体积为192000μm~3、灰色关联度为0.8895的验证样件,该样件符合预期结果,说明优化方法切实可行。     

选区激光熔化成形24CrNiMo合金钢的组织结构与力学性能

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了24CrNiMo合金钢件,研究了SLM工艺参数对成形合金钢件显微组织、致密度、硬度及拉伸性能的影响。结果表明:成形合金钢的显微组织由回火马氏体和少量残余奥氏体组成;随着激光功率增大和扫描速度降低,熔池体积增大,冷却速度降低,回火马氏体板条粗化,热影响区变宽,合金钢的硬度降低;同时,成形合金钢内未熔合孔洞减少,致密度增加;当激光功率为320 W、扫描速度为750 mm/s时,合金钢的致密度最高,为99.93%;当激光功率为320 W、扫描速度为950 mm/s时,成形合金钢的拉伸性能最佳,其抗拉强度和屈服强度分别为1362 MPa和1252 MPa,延伸率为16.2%。在合适的激光成形参数下,SLM成形24CrNiMo合金钢的综合力学性能明显优于铸态合金钢。     

钨粉粒度和形状对选区激光熔化W-xCu成形与显微组织的影响

为获得高精度、高致密度W-Cu复合材料零部件,试验选用了两种不同形状、粒度的W粉与同种Cu粉按照不同质量比混合进行选区激光熔化(SLM)。研究了试样的尺寸精度、表面形貌与显微组织。采用D_(50)=5μm、形状不规则W粉的W-Cu混合粉末,铺粉过程不均匀,烧结中飞溅严重,随着W的质量分数从60%增加至75%,成形试样高度方向收缩量从70μm增加至220μm,长度、宽度方向膨胀量分别从50μm增长至150μm、从70μm增长至150μm,成形试样表面从较多黏着物演变为球化明显,金相中存在气孔,W相发生团聚。采用D_(50)=20μm、形状规则W粉的W-Cu混合粉末,铺粉过程均匀,烧结中无明显飞溅,随着W的质量分数从60%增加至75%,成形试样高度方向收缩量从20μm增加至60μm,宽度、长度方向膨胀量从20μm增长至50μm,成形试样表面从平整向熔道断续发展,W相发生颗粒重排。D_(50)=20μm、形状规则的W粉更适宜选区激光熔化制作W-Cu复合材料。