选区激光烧结设备成型缸传动系统及铺粉精度的研究

成型缸传动系统是影响选区激光烧结铺粉精度的关键因素,根据铺粉工艺过程,确定成型缸传动系统总体方案,并建立传动系统模型.根据铺粉参数要求,详细介绍了传动系统动力参数的计算及步进电机的选用.最后对传动系统进行了静态定位误差的分析,以确保选区激光烧结设备铺粉精度符合要求.     

选区激光熔化快速成型系统及工艺研究

选区激光熔化技术是近几年出现的能直接制造终端、近终端金属产品的快速成型技术.描述了选区激光熔化快速成型设备系统组成,选区激光熔化对激光子系统、扫描子系统及软件子系统的功能要求.经工艺实验,分析了扫描速度、激光功率、扫描间距对成型质量的影响,并通过成型1个三维金属实体,验证了系统的可行性.     

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。     

半导体泵浦激光器在选区激光熔化工艺中的应用研究

选区激光熔化是新出现的能直接成型致密性接近100%终端金属产品的快速成型技术,该技术对成型能量源的要求严格。半导体泵浦激光器具有电光转换效率高、性能可靠、体积小巧、使用寿命长、输出光束质量好等优点。本文分析了选区激光熔化工艺对能量源的选用要求,对将半导体侧向泵浦Nd押YAG激光器应用于选区激光熔化工艺的可行性进行了评估,并通过实验进一步验证了评估结果。     

基于选区激光融化成型的空间曲线啮合轮后处理工艺及传动性能研究

采用选区激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)快速成型设备与316L不锈钢粉末,得到的空间曲线啮合轮样品表面粗糙度值较大,主动轮与从动轮不能实现连续稳定的啮合传动。为了研究选区激光熔化成型的空间曲线啮合轮的表面后处理工艺,采用机械喷砂与电解抛光相结合的加工方法得到的主动轮与从动轮样品,表面粗糙度值达到Ra 1.0μm。实验结果表明,采用的后处理工艺和参数获得的主动轮与从动轮样品具有较高的形状精度与尺寸精度,能够实现连续稳定的啮合传动。此方法为空间曲线啮合轮提供了较好的制造思路。     

热处理对增材制造AlSi10Mg超精密车削特性的影响机理

由于激光选区熔化(增材制造)直接成型的AlSi10Mg合金零件表面相对粗糙,很难满足对表面精度要求高的行业需求。而具有获取纳米级表面精度能力的超精密加工为提高激光选区熔化零件的表面质量提供了有前景的后处理解决方案。采用金刚石刀具分别对直接成型、低温退火、固溶处理以及时效处理后的AlSi10Mg合金的微量切削特性进行研究,讨论微观组织演变与切削参数对AlSi10Mg合金的超精密切削特性的影响机理,揭示热处理状态对切削力、切削表面质量与切屑形貌等的影响规律。以探索快速高效地将成型零件表面质量提高到镜面水平的方法。结果表明：激光选区熔化直接成型的AlSi10Mg合金微观组织以微米级的网格结构为主,其显微维氏硬度和切削力均大于热处理后的样品;切削力同时受到合金的微观组织和力学性能的综合影响;直接成型的样品沟槽表面质量最好,低温退火样品次之,固溶处理样品最差;高温热处理后形成的大块的Si颗粒会增加切屑的脆性,并降低样品的X轴切削力;增加切削深度和切削速度均会导致切削力的增加和表面质量的恶化,且切削深度对切削力和表面质量的影响更大;直接成型样品的镜面加工质量最好,表面粗糙度(Ra)数值可降低到11.2 nm,远低于直接成型样品的～10 µm。本研究为实现激光选区熔化成立铝合金零件的表面质量提升到镜面水平提供了理论和应用参考。     

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。     

基于位置敏感器件的液位检测系统及其数据处理

精确测量光固化成型设备中光敏树脂的液面位置是确保成型精度的关键,根据激光三角法原理设计基于PSD的液位检测系统,采用点激光和一维位置敏感器件组成液位检测系统。通过测量点激光在PSD上的位移量来获取液面位置的变化量,在分析PSD误差特点基础上,通过优化结构设计、信号采集、检测系统标定和实时数据处理4个方面来提高检测精度。实际测试表明:液位检测系统量程中间位置的误差小于0.27%,两边误差小于0.4%,可满足系统测量精度要求。     

激光选区熔化增材制造激光束光路系统优化研究

介绍了金属选区激光熔化成型技术的原理及研究现状,并提出了激光光路系统的优化设计方案,重点对激光器、扩束镜、扫描振镜、调焦装置和聚焦透镜等设备器件进行了原理分析和优化选型,并进行了相应光路系统的研制。对选区激光熔化成型设备的优化设计具有一定的指导意义。     

激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用

激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术,可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能,为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用,采用DiMetal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V,并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和DiMetal系列激光选区熔化设备,设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明DiMetal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造,这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。     

激光直接成形高温合金成形精度研究

选用GH163高温合金粉末进行了多种几何形体的激光直接成形试验,试验结果表明:理论成形轮廓和实际成形轮廓之间的偏差会造成成形角度误差,分析了产生误差的原因并提出了解决方案,获得了具有良好的外形和尺寸精度的薄壁中空复杂几何形体.     

激光选区熔化自由制造异质材料零件技术研究

为解决当前激光选区熔化成型过程难以按需在零件任意位置自由布置不同材料的难题,基于多漏斗供粉+柔性清扫回收粉末原理,对异质材料零件激光选区熔化增材制造技术展开了研究,详细探讨了成型机理、粉尘污染防范机制及异质材料数据处理方法。采用CuSn10、4340两种不同的合金材料进了工艺实验验证。实验表明该方法可以较有效解决激光选区熔化成型过程异质材料布置难题,实现异质材料零件成型：（1）能自由地在不同层间或同层内不同区域按需布置不同的材料;（2）所得块状异质材料零件的铜合金材料区域Fe元素平均质量百分含量可控制在2%以下,钢材料区域Cu元素平均质量百分含量可控制在1%以下;（3）成功成型了一个具有复杂外形及微细材料区域特征的异质材料齿轮零件,零件异质材料区域不受零件复杂外形限制,可自由按需布置材料,0.5mm宽的层内异质材料区域也能被较好地表达出来,尺寸误差不超过±0.1mm。     

选区激光熔化工艺参数对Ti6Al4V粉末成型性的影响

以Ti6Al4V钛合金粉末为研究对象,在单层扫描和单道扫描实验的基础上,研究SLM工艺参数对Ti6Al4V合金材料成型性的影响,并进行了块体成型实验,通过设计正交试验及观察试样的形貌和致密度分析,最终得到Ti6Al4V合金粉末SLM块体成型的最佳工艺参数为:激光功率400W、搭接率1、扫描速度750mm/min,其致密度可以达到96.17％.     

Ti(C,N )基金属陶瓷粉末注射成形技术研究概述

概述了Ti(C，N)基金属陶瓷粉末注射成形的粉末特性、粘结剂体系、喂料制备、注射成形、脱脂技术、烧结与致密化；分析表明：粉末注射成形技术在制备复杂几何形状、均匀组织结构和高性能高精度近净成形Ti(C，N)基金属陶瓷材料产品方面具有独特的技术优势和发展潜力。     

激光选区熔化单道扫描与搭接数值模拟及试验

激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）单道扫描的数值模拟,在数值建模时多采用规则实体模拟铺设的粉末层,通过等效定义材料热物理属性模拟铺设粉末层中粉末与气体共存的情况,难以模拟粉末颗粒的随机性而带来的扫描结果的随机性,且难以分析熔池形貌、内部缺陷的微观衍变过程。针对SLM成形过程中激光功率和单道搭接率对扫描单道和单道搭接质量的影响,以316L不锈钢材料为例,建立SLM首层单道扫描与单道搭接数值模拟模型。SLM的铺粉过程在基于离散单元法的EDEM中建立,并得到数值化的粉床几何模型。SLM的单道扫描与搭接的模拟基于有限体积法,在FLUENT中实现,采用两相流模型与熔化/凝固模型捕捉熔池形貌变化过程,得到不同激光功率和扫描搭接率下成形单道与单道搭接的数值模型。最后结合试验表明了在100~300 W激光功率下成形单道表面形貌与缺陷的形成,当激光功率为100~150 W时,单道形貌不规则,且容易形成局部缺陷;在200~300 W功率下,激光功率越大,保证搭接质量的最低搭接率越小,当激光功率为250 W时,应保证单道填充间距不大于0.1 mm。研究成果对SLM工艺参数的调整与优化具有重要的参考价值。     

激光位移传感器在自由曲面测量中的应用

以点激光位移传感器(HL-C211BE)为对象,研究它在自由曲面测量中的应用。针对激光位移传感器因测点倾角代入的测量误差,提出了一个可以量化的倾角误差模型。基于直射式点激光三角法原理,分析了激光光路的几何关系,从会聚光斑光能质心发生的偏移推导出倾角误差模型。随后,用高精度激光干涉仪和正弦规对激光位移传感器进行校对实验,并用误差模型对测量结果进行补偿。结果显示,补偿后激光位移传感器的测量精度得到明显提高。对一非球面凸透镜进行了实验测量,得到了自由曲面测点倾角的计算方法,并用倾角误差模型修正了测量数据。实验结果表明,量化的倾角误差模型可以将激光位移传感器的测量误差控制到小于10μm,满足激光位移传感器在自由曲面测量中应用的要求。     

钛合金激光快速成形缺陷原因分析

在金属粉末激光快速成形过程中,由于工艺参数、设备性能和材料特性等原因,会引起成形零件产生各种缺陷或不足.其中由送粉精度所致的成形尺寸精度和表面粘粉是2个主要的成形缺陷.通过试验分析可知:由送粉延迟引起的欠堆积或过堆积是影响成形尺寸精度的主要原因之一;表面粘粉程度主要受比能量的影响.     

选区激光熔化快速成形系统的关键技术

研究激光、铺粉、扫描三个重要选区激光熔化子系统的技术要点。通过计算成形过程所需激光能量,确定激光器的选用。研究表明成形升降台的连续下降精度、铺粉辊的回转偏心量及径向跳动量都对实现最小铺粉厚度控制有着重要影响。结合扫描速度对比试验,分析扫描系统的扫描特征,认为采用快的扫描速度是选区激光熔化工艺的一个重要特点,此外应采用合适的扫描策略克服热变形。在上述研究基础上,采用铜基合金粉末进行三维金属实体成形试验,试验分析表明,成形实体是一个由等轴晶和枝晶组成,相对密度达95%,具有冶金结合组织的金属实体,尺寸精度为±0.5 mm。所获得的成形实体多层断面构造、铺粉、扫描特征等信息可证实部分技术要点分析。     

微细电火花线切割加工误差分析

微细电火花线切割加工过程中,加工时施加的张力、火花放电引起的放电力、材料蚀除过程中的爆炸力以及放电通道中的瞬时压力等共同作用使电极丝产生偏移,从而引起加工误差,影响加工精度。为了减小加工误差,从材料力学的角度分析了丝的变形大小以及来源,得出减小误差的方法。此外从几何角度分析拐角切割的形位误差,提出通过精确控制导向器的轨迹来满足加工精度要求的方法,为自适应控制提供了理论依据。     

Modeling the geometric formation and powder deposition mass in laser induction hybrid cladding

A new laser induction hybrid cladding technique on cylinder work piece is presented. Based on a series of laser induction hybrid experiments by off-axial powder feeding, the predicting models of individual clad geometric formation and powder catchment were developed in terms of powder feeding rate, laser special energy and induction energy density using multiple regression analysis. In addition, confirmation tests were performed to make a comparison between the predicting results and measured ones. Via the experiments and analysis, the conclusions can be lead to that the process parameters have crucial influence on the clad geometric formation and powder catchment, and that the predicting model reflects well the relationship between the clad geometric formation and process parameters in laser induction hybrid cladding.