基于电脉冲的铁基非晶薄带增材制造试验研究

为了解决铁基非晶材料成形过程中狭窄的工艺窗口难题,提出了一种采用非晶薄带作为原材料,施加快速电脉冲同时辅以微压力的增材制造新方法,并成功实现了小功率非晶材料异形构件的增材制造,并通过动态电阻分析,进行工艺优化调控。采用脉冲电源精准调控热输入的方式实现非晶材料热塑性成形原理,即在临界温度略高于玻璃化转变温度(TG),但远低于熔化温度(TL),可采用快速加热材料到TG使其软化,并辅以小压力成形,同时提供足够高的冷却速率,晶相的成核可以被完全抑制。进一步,对该方法成形样件采用X射线衍射、差示扫描量热仪、扫描电镜和透射电镜进行物相及显微组织分析。测试结果表明,打印结合部位仍保持原有的非晶结构,并具有较高的拉伸强度。由于其成形功率低,工艺过程无需复杂的真空或惰性气体条件,该方法可以成为非晶材料增材制造及金属太空制造有吸引力的解决方案,尤其适用于电磁屏蔽等非晶异形构件的3D打印。     

红外热像下激光熔丝成形过程冷却速率实时监测

激光熔丝增材制造技术是一种具备成形精度高和加工余量小的一体化制造技术,但由于其非平衡态凝固和复杂的传热传质等物理现象,使得很难通过常规手段监测得到其冷却速率。针对这一问题,提出了一种利用红外热像技术的熔池温度和冷却速率实时监测算法。该算法利用FLIR X6520sc型红外热像仪实时捕获增材制造过程中的温度场信号,通过定位温度场中心位置得到熔覆道各点的实时冷却速率,实现了熔覆道冷却速率的全过程实时监测。在此基础上,研究了不同工艺参数对熔池温度和冷却速率的影响规律。最后,探讨不同冷却速率对凝固组织的影响。研究结果发现:在其他工艺参数不变的情况下,扫描速度从60 mm/min上升到300 mm/min,熔池温度减少了339 ℃,冷却速率却增加了1741 ℃/s;激光功率从200 W降低到100 W,冷却速率和熔池温度分别降低了264 ℃/s和420 ℃;随着送丝速度从120 mm/min升高到600 mm/min,熔池温度和冷却速率分别降低195 ℃和224 ℃/s;扫描速度是对冷却速率影响最大的因素,为后期研究闭环控制系统提供了基础。此外,随着冷却速率的增加,熔覆道经过快速凝固,其凝固组织得到显著细化。     

基于红外热像的激光微细丝成形过程热累积研究

激光微细丝增材制造技术是一种能快速成形小型零件的制造技术,但由于受制造过程中热累积效应的影响,往往无法保证对成形零件的精准控形控性。针对这一问题,本文利用标定后的红外热像仪采集单道多层薄壁零件的表面温度,研究其制造过程温度场特征变化规律及热累积效应,为成形工艺的优化提供依据。结果表明：利用红外热像仪可实现对薄壁堆积过程温度场演化规律的研究,随着熔覆高度的增加,高温区域面积逐渐增大,热累积效应明显增强。熔覆过程中,热量向下传导,散热条件逐渐变差,各层冷却速率随层数增大而减小,直至趋于平稳。此外,当熔覆层数大于15层时,热累积效应不再对15层以下熔覆层产生影响。