金属零件3D打印技术现状及研究进展*

简述了国内外的金属零件3D打印技术的研究现状及最新进展,包括选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术、激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping, LENS)技术和电子束选区熔化(Electron Beam Selective Melting, EBSM)技术,并针对作者实验室的工作方向——SLM直接制造,具体分析了金属零件3D打印技术研究热点和难点以及具体应用.     

3D打印技术及设备发展现状

首先介绍了3D打印技术的原理及发展历程进行了简要概述,然后对现有的多种3D打印技术的成型方式》材料特性》适用范围进行了分析,包括熔融沉积成形(FDM)》立体光固化成形(SLA)》数字光处理成型(DLP)》分层实体制造(LOM)》电子束选区熔化(EBM)》光选区熔化(SLM)》直接金属激光烧结(DMLS)》电子束熔丝沉积成形(EBF)》石膏3D打印(PP)等多种方法,并针对3D打印设备研究现状从算法和硬件两个方面继续概述,最后,提出未来3D打印技术朝着应用领域多样化》打印设备及材料专用化》3D打印技术标准化的方向发展.     

金属构件选区激光熔化快速成型铺粉控制系统研究

选区激光熔化（SLM,Selective Laser Mching)技术是直接将选区内金属或合金粉末逐层熔化,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可直接作模具。本文是在自行研制的国内首台金属构件直接选区激光熔化实验样机设备基础上,介绍分析了该设备的控制系统,重点介绍了选区激光熔化设备铺粉控制系统,它是该技术能否达到预期目标的关键因素之一,并且对其铺粉精度进行了试验验证,为金属构件直接选区激光熔化成型工艺研究奠定了基础。     

NiTi气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性、制件超弹性的影响

选区激光熔化成型具有外界温度感知能力的NiTi形状记忆合金是4D打印金属材料技术的基础研究,根据选区激光熔化技术对粉末性能的要求,研究NiTi形状记忆合金不同气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性及制件超弹性的影响规律具有重要意义。通过对比分析真空惰性气体雾化(VIGA)、电极感应熔炼气雾化(EIGA)制粉工艺对NiTi合金粉末杂质含量、流动性、球形度等性能的影响,发现VIGA制粉工艺由于采用坩埚熔炼,导致合金杂质元素增加、粉体性能恶化,粉末粒度分布偏向细粉侧,极易形成卫星粉,导致粉末流动性差,在打印过程中铺粉困难而难以成型,并且氧含量的增加导致打印过程中易发生球化、开裂等现象,使得VIGA工艺制备的NiTi合金粉末SLM成型性较差。而采用EIGA工艺制备的粉末粒度分布均匀、流动性好、氧含量低,满足选区激光熔化技术对NiTi合金粉末的特性要求。并对比分析两种工艺制备的粉末打印样品的表面形貌,成型了具有完全回复性能的超弹NiTi形状记忆合金样件。     

激光选区熔化技术的应用现状及发展趋势

激光选区熔化技术(SLM)是增材制造技术(AM)的重要技术之一,结合国内外对SLM技术研究及应用文献,介绍了该技术的工作原理、工艺影响因素、成型材料种类、国内外SLM技术研究机构。阐述并例举了金属SLM技术的应用领域,总结了当前SLM技术发展现状及面临的问题,对未来SLM技术发展趋势进行了展望。     

激光选区熔化设备发展现状与趋势

激光选区熔化技术是金属3D打印中的一项重要技术,近几年得到了快速发展。从激光选区熔化设备厂商及其产品规格、设备结构原理及其发展方向等不同层面介绍了激光选区熔化设备近些年的发展,并结合目前发展现状提出了激光选区熔化技术未来发展趋势。     

基于激光选区熔化的功能零件结构设计优化及制造关键技术研究

为优化现有的门把手功能零件,采用了受力分析及拓扑优化的方法,设计出符合零件内部力场分布特点的功能件,通过激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)获得打印成型件,并经过尺寸精度、力学性能及质量等方面的测试,获得减重52.5%轻量化效果,力学性能达到传统铸锻件及尺寸精度符合需求的优化设计成品。SLM加工获得的功能件应用于密封舱门,在真空度-30 k Pa、氧含量浓度10 ppm条件下测试,模拟分析变形位移6.9μm。证明基于激光选区熔化技术进行优化设计能使得优化功能零件过程中拥有极高的自由度,故基于激光选熔化技术,采用拓扑与布局优化、结构类型优化等结构优化设计方法,达到减轻产品重量并改善性能等目标的思路是可行的。     

铝合金激光选区熔化成型能力研究

为了探究激光选区熔化(SLM)技术在无支撑条件下铝合金零件的工艺成型能力,为后续基于铝合金SLM技术的结构设计奠定基础,开展了系列典型工艺单元件的设计与制造。在综合考虑零件摆向方位、悬端角度、开孔形状与大小等因素的基础上,采用Xline 2000 R设备在优化的工艺参数下选用AlSi10Mg粉末对这些典型工艺单元件进行激光选区熔化。通过典型工艺单元件的制造研究,得出了系列能够指导基于铝合金SLM技术进行结构设计的有益结论。该研究为后续基于铝合金SLM技术进行复杂零件的设计与制造奠定基础。     

铝合金汽车发动机缸盖复杂结构的SLM制造工艺研究

针对传统汽油发动机缸盖开模铸造周期长、影响研发效率的问题,开展基于激光选区熔化(SLM)工艺的发动机3D打印适应性设计及工艺研究。提出一种基于SLM技术的发动机缸盖成形方案,并进行了成形验证。打印了国内首次有报道的原尺寸3D打印发动机缸盖结构样件,尺寸(长、宽、高)分别为318.4、232.48和107.4mm,与设计尺寸相比,偏差0.5mm,非加工面的表面粗糙度为Ra3.313～Ra5.619μm,内部无明显裂纹、缩孔。随炉试样拉伸强度为468～478MPa。     

基于SLM成形的四臂螺旋天线制造及性能分析

为实现四臂螺旋天线的低成本、快速制造,文中采用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)一体化制造成形方法,开展了四臂螺旋天线一体化制造及性能分析.为分析SLM技术成形精度对天线性能的影响,分别制备了基于SLM技术一体化成形和进行线切割后处理的四臂螺旋天线.实验结果证明,采用SLM技术一体化...     

激光选区融化(SLM)设备引进要点探讨

对激光选区融化(SLM)技术原理和国内外发展情况进行了阐述。通过调研分析了影响激光选区融化(SLM)设备选型的因素,对打印尺寸、价格及市场占有率、表面质量、安全因素进行了具体分析,为SLM设备引进提供了参考依据。     

基于选区激光熔化铜合金温度场的粉末层厚调控研究

在选区激光熔化(SLM)加工过程中，粉末层厚是选区激光熔化加工中重要的调控参数之一，合理的粉末层厚既可以提高成型质量又可以提高成型效率。基于SLM温度场模型，研究了温度场运动动态过程，预测了温度场温度和熔池大小，并且定量分析了粉末层厚对温度场温度和熔池大小的影响，研究表明：粉末层厚对温度的影响较小，对于熔池长度的影响相对于熔池宽度和深度更为明显。     

选区激光熔化快速成型系统激光扫描路径生成算法研究

选区激光熔化(SLM,SelectiveLaserMelting)技术在激光逐层熔化金属粉末的过程中,扫描器要做大量的扫描运动,因此选择合理的激光扫描路径一直是此技术研究的重点问题。本文在综合国内外快速成型技术各种激光扫描路径生成算法的基础上,提出了一种称为“互减”的扫描路径生成算法。测试表明,此算法通用性和可扩展性强,生成扫描线速度较快。     

选区激光熔化制备金刚石/TC4复合材料的成型工艺及性能分析

针对金刚石/金属基复合材料在金属3D打印过程中致密化程度低的问题,采用了选区激光熔化技术成功制备金刚石/TC4复合材料,重点研究了金刚石/TC4复合材料的SLM打印工艺和性能。以提升金刚石/TC4复合材料致密度为目标,通过响应曲面分析法对SLM工艺参数进行优化和分析,初步建立了致密度数学模型,并通过模型预测参数组合优选值及最优致密度,对最优致密度成型件进行了抗弯强度测试,这对后续采用金属3D打印技术制备金刚石工具的有关研究具有重要的参考价值。     

工艺参数对选区激光熔化成形可降解纯锌相对密度及力学性能的影响

采用选区激光熔化(SLM)技术制备纯锌,研究了激光功率和扫描速度对其相对密度和力学性能的影响。结果表明:随激光功率增大或扫描速度减小,SLM成形纯锌的相对密度和硬度增大,显微组织均为平行于成形方向生长的柱状晶;SLM成形纯锌的最佳工艺参数为激光功率100 W、扫描速度300mm·s-1,所得试样的相对密度达99.86%,硬度为(44.7±1.2)HV,弹性模量、断后伸长率、抗拉强度、屈服强度分别为(48.6±2.4)GPa、(8.9±0.7)%、(95.5±3.3)MPa、(67.1±0.4)MPa。     

金属激光三维打印技术的缺陷分析及其抑制对策

针对金属激光三维打印过程中成形件的缺陷问题,在介绍选择性激光烧结技术(SLS)、选择性激光熔化技术(SLM)和激光熔化沉积技术(LMD)三种典型金属激光三维打印技术原理和特点的基础上,分析了成形件出现球化、孔隙和裂纹三种常见缺陷的原因,重点从粉末特性、工艺参数和后处理技术三方面叙述了抑制缺陷、改善成形件性能的对策。最后,为了进一步抑制缺陷,提出了研制新型粉末、协同运用处理技术以及研发高精度缺陷检测技术等措施。     

激光选区熔化成形Al-Si合金高周疲劳性能的研究进展

激光选区熔化(SLM)成形是近年来发展最快的增材制造技术之一,在航空航天、汽车和医学等领域应用广泛.但铝合金粉末具有流动性差、激光反射率高以及热导率高等特点,导致SLM成形件表面粗糙,易形成缺陷,从而影响其疲劳性能.结合国内外对SLM成形Al-Si合金高周疲劳性能的研究现状,综述了成形方向、成形参数、热处理和表面处理对成形件高周疲劳性能的影响及高周疲劳断裂机理,总结了改善疲劳性能的方法,展望了未来SLM成形Al-Si合金疲劳性能的研究重点.     

基于螺杆转子的激光选区熔化数值模拟分析

激光选区熔化工艺可以实现复杂零件的快速成型制造,以空压机的阴阳螺杆转子为研究对象,首先运用UG对阴阳螺杆转子进行了三维模型的建立,其次运用SLM专用仿真软件Simufact Additive对其打印过程进行了模拟;最后得出了其应力应变分布范围与最大应力应变.通过虚拟打印可以防止因残余应力过大导致螺杆转子开裂、支撑不足使...     

7075铝合金选区激光熔化研究现状

现今航空航天等领域对复杂精密零件的需求逐步增加,传统的加工方式已无法满足这一趋势。选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)基于逐层叠加的原理可一次性成型复杂件,因此对于这类零件具有广泛的应用前景。7075铝合金是航空航天领域常用的一种高强铝合金,由于高强铝合金热导率高,对激光反射率大,易氧化,有很强的热裂倾向等特点,导致SLM成型7075铝合金难度大。然而市场对其越来越大的需求,近几年发展迅速。主要从工艺优化和添加形核成分方面总结了近几年国内外7075铝合金选区激光熔化的研究现状,并阐述了存在的问题和发展趋势。     

S136模具钢粉末选区激光熔化成形工艺窗口试验研究

利用选区激光熔化(SLM)技术对S136模具钢粉末进行不同激光功率和扫描速度组合下的单道扫描试验,分析归类了熔道形貌特征,研究了熔道宽度的成型稳定度下最优工艺窗口,研究了激光功率和扫描速度对熔道宽度的影响规律,分析了较优工艺参数组合下熔道形貌特征产生的原因。