激光熔丝增材过程传热流动行为数值模拟

目的 研究激光熔丝增材制造过程的熔池流动特性,探究工艺参数对熔池流动与传热行为的影响.方法 建立了考虑运动丝材持续送进过程的激光熔丝增材熔池传热和流动行为数学模型.针对316L不锈钢的激光熔丝增材制造,开展了成形过程中丝材送进、熔化和凝固行为的实验和数值模拟研究.结果 模拟结果 显示在成形过程中,准稳态阶段激光辐照中心...     

金属增材制造零件变形研究现状

金属增材制造(也称为3D打印)被认为是制造业最有前景的技术之一,主要应用在航空航天领域,用于加工传统方法难以制备的大型复杂零件。该技术面临的一个关键瓶颈是零件的变形,这将严重影响零件的尺寸精度,甚至导致零件开裂而无法使用。首先介绍了研究增材零件变形的主要试验方法,明确了激光位移传感器及数字图像相关技术是研究瞬态变形的有效实验手段。然后介绍了变形预测的数值模拟方法,明确了热源模型、热边界条件及材料的力学性能本构是影响变形预测准确性的主要因素。最后总结了当前国内外变形快速计算方法的研究进展及发展动向。     

激光增材制造在航空航天领域中的应用

近几年来,增材制造在全球范围内迅速走热,发展增材制造产业已经成为世界主要国家抢抓新一轮科技革命与产业变革机遇,抢占先进制造业发展制高点的竞争焦点之一。增材制造在航空航天领域的应用层面持续扩大,应用深度持续增加,美国Wohlers协会对增材制造在各行业应用情况持续分析中发现:在过去几年里,航空零件制造是增长最快的应用领域,预计2019年产能规模将达到60亿美元。该行业的应用具有小批量多样化的特点,对于轻量化、一体化、拓扑优化、提高材料利用率等具有很高的要求,而增材制造恰好能够最大程度地实现这些特殊需求,具有极高的附加值。     

激光选区熔化增材制造吸收率的研究进展

在研究激光选区熔化增材制造过程中材料吸收率是一个具有科学和实际意义的问题,它不仅是工艺过程精确性仿真的前提条件,而且为所选用的金属粉末材料定义一组工艺条件,使其更适合于激光选区熔化成形。本文首先介绍了激光与粉末床相互作用机理,然后总结了激光选区熔化过程中吸收率的常用测量方法,并在此基础上综述了国内外学者运用不同方法研究吸收率的进展和比较分析了各种方法的特点及测量时的注意事项。此外,重点对可能影响吸收率的因素进行了详细分类和阐述。最后就当前的研究进展及所面临的主要问题进行归纳总结,对未来吸收率的研究进行了展望。     

铝合金增材制造技术研究进展

铝合金是实现结构轻量化的首选材料,在航空航天、交通运输、船舶舰艇等领域具有广阔的应用前景。铝合金增材制造技术在复杂三维精密结构件的制造方面具有突出的优势和潜力,而且具有高效快速、成形结构可控性高等优点。关于铝合金增材制造技术的迅速发展,本工作从组织与性能、成形精度和质量、成形缺陷控制和数值模拟4个方面,着重介绍了铝合金增材制造的研究现状和最新成果,总结了当前研究存在的不足。在此基础上,对铝合金增材制造技术未来应关注的研究方向给出建议,即实现增材件微观组织控制、阐明增材件应力形成机理、提高增材件的成形精度、研究成形过程中的温度场分布规律等。     

镁合金电弧增材制造研究现状及展望

电弧增材制造由于其高沉积速率、高材料利用率、低成本以及具有制造大尺寸构件的能力而得到研究人员的广泛关注,有望广泛应用于镁合金的快速成形。本文概述了电弧增材制造用镁合金丝材的种类及其对丝材的要求,总结了现今适合于镁合金电弧增材制造用丝材的制备方法,重点论述了镁合金电弧增材制造工艺的制备技术、基本原理、微观组织及力学性能,讨论了不同电弧增材制造工艺制备不同镁合金的影响因素,分析了镁合金电弧增材制造目前可用丝材种类少以及增材制造构件形性尚不可控等问题,并且在优化电弧增材制造镁合金构件性能和推进应用方面进行了展望。     

Inconel 625镍基高温合金激光增材制造内应力控制方式研究

基于有限元分析的方法,结合镍基高温合金的材料特性和增材制造工艺特点,对提出的几种激光增量制造内应力控制方式进行了数值模拟分析。模拟结果表明,提出的几种内应力控制方式如:单点预热应力控制方法、激光表面扫光内应力控制方法、基于环境温度的内应力控制方法及先分区成形再整体连接的内应力控制方法,都可有效去除激光增材制造加工过程中产生的内应力,几种方式简单易行,具有较强的工程实际意义。     

钛合金增材制造技术研究现状及展望

增材制造技术以其特有的技术优势,已经成为金属材料快速成形的研究热点。本文简要介绍了几种典型钛合金增材制造技术的基本原理及优缺点;分析了钛合金增材制造技术的研究和应用现状;讨论钛合金增材制造技术的发展趋势。最后,对增材制造技术的发展进行了展望。     

不同沉积路径下钛合金叶片等离子弧增材制造过程的数值模拟

等离子弧直接沉积技术因热输入集中,材料易产生较大的残余应力,发生不均匀形变,极大影响成型零件的质量。采用生死单元技术、瞬态热模型和热弹塑性模型对增材制造过程中的热过程和残余应力进行数值模拟计算,研究不同沉积路径对等离子弧增材制造中TC4叶片热循环特性和残余应力分布规律的影响。同时通过热实验验证了模型的有效性,模拟的热曲线与实验结果吻合。结果表明,等离子弧直接沉积截面为“月牙”形的叶片零件,两种路径在沉积层与基板的连接区域都会产生较之其余区域更高的残余应力,轮廓偏移路径有较之全光栅式路径更好的散热情况,轮廓偏移路径沉积层的残余应力明显低于全光栅式路径。多层零件的新层开始沉积时,先前沉积层会经历复杂的热循环,峰值温度由底层向中间层逐渐升高。随着新层不断地沉积在顶部,零件瞬态应力分布进行着规律的变化,较大应力位于接近顶层中部区域和底部与基板相接区域,然后保持并逐渐转化为零件内的残余应力。     

电子束增材制造成型室热分析

底板预热是电子束增材制造技术里非常重要的一道工序,其预热效果直接影响加工零件的质量。电子束增材制造设备在调试和加工过程中,都需要进行底板预热。本文针对电子束增材制造设备在底板预热过程中底板以及成型室温升进行了数据采集,通过热路法对简化的成型室温升进行了热计算,得到了在热量传递处于动态平衡条件下的热量分布以及成型室钢板的内外温度,计算结果和实测结果相吻合,并给出了电子束束流与底板温度的关系,对电子束增材制造设备的设计以及改进具有工程指导意义。     

金属增材制造技术的理论研究现状讨论

综述了金属增材制造技术的理论研究现状及目前国外对金属增材制造数值模拟仿真所开展的工作;介绍了数值模拟增材制造过程的基本流程和要点,从理论上对金属增材制造过程包含的物理特性变化进行了简单分析,并分类讨论了金属增材制造过程数值模拟的三个主要结果:温度场、残余应力以及热影响区的特性;指出了金属增材制造过程中数值模拟的有效性及对今后工作的展望。     

钢的激光增材制造研究进展及前景展望

激光增材制造是一种兼顾精确成形和高性能需求的一体化制造技术,为钢构件的高质量快速制造提供了新思路、新方法。从目前典型钢构件的激光增材制造成形质量控制、组织特征、力学性能和应用现状4个方面出发,主要综述了不同的能量输入及氧含量对成形致密度的影响,提出了如何降低孔隙率的方法,对比了不同激光增材制造工艺方法下,制备模具钢、不锈钢和超高强钢试件热处理前后的微观组织和力学性能。在此基础上,对钢构件激光增材制造的发展趋势和需要进一步深入研究的问题进行了讨论,指出了激光增材制造修复技术与超声辅助工艺相结合的发展前景。     

激光增材制造钢的后热处理研究现状

激光增材制造为非平衡凝固过程,容易产生组织应力及热应力,出现变形和开裂等现象。通过后热处理,能够达到改善激光增材制造金属构件组织、消除缺陷、优化性能的目的,因此,后热处理制度的优化成为合金钢件增材制造亟待解决的关键技术。针对合金钢的激光增材制造,综述了近年来激光增材制造钢的后热处理工艺的研究现状。选择典型的17-4PH不锈钢及316L不锈钢等增材制造钢,研究不同后热处理规范对组织形态、第二相质点分布的影响;及其相应的热处理前后的拉伸强度及伸长率等力学性能的变化情况。通过热处理规范的合理选择,能够显著改善增材制造钢的组织及机械性能。     

金属粉末激光直接成形的温度场和应力场模拟研究进展

金属粉末激光直接成形技术是一种新型的粉末净近成形方法,能够加工传统方法难以加工的复杂金属零件.由于加工中温度的剧烈变化易引起热应力和残余应力,导致成形件存在翘曲、开裂等缺陷,建立加工过程的温度场应力场模型对进行工艺参数优化与设计尤为必要.总结了金属粉末激光直接成形技术温度场和应力场模拟研究进展,并探讨了这一技术数值模拟的发展方向.     

基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术研究进展

陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展, 其核心零件部件外形结构设计日益复杂、内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点, 较难通过传统的加工成形方法实现异形结构零件的制造, 最终限制了陶瓷材料的工程应用范围。激光增材制造技术作为一种快速发展的增材制造技术, 在复杂精密陶瓷零部件的制造中具有显著优势: 无模、精度高、响应快以及周期短, 同时能够实现陶瓷零件组织结构灵活调配, 有望解决上述异形结构陶瓷零件成形问题。本文综述了多种基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术: 基于粉末床熔融的激光选区烧结和激光选区熔化; 基于定向能量沉积的激光近净成形技术。主要讨论了各类激光增材陶瓷技术的成形原理与特点, 综述了激光选区烧结技术中陶瓷坯体后处理致密化工艺以及激光选区熔化和激光近净成形技术这两种技术中所打印陶瓷坯体基体裂纹开裂行为分析及其控制方法的研究进展, 对比分析了激光选区烧结、激光选区熔化以及激光近净成形技术在成形陶瓷零件的技术特征, 最后展望了激光增材制造陶瓷技术的未来发展趋势。     

激光增材制造单晶高温合金研究进展

镍基单晶高温合金具有良好的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能、抗蠕变性能和组织稳定性,被广泛应用于制造航空发动机和燃气轮机叶片。由于其工作条件复杂恶劣,采用有效手段修复单晶叶片可以大大提高其使用寿命。综述了激光增材制造技术制备单晶高温合金的研究现状,介绍了激光增材制造技术制备单晶合金的理论基础,以及控制其单晶凝固组织的困难和不足,着重综述了激光增材制造技术控制单晶高温合金凝固制造的方法,主要包括通过激光参数调控温度梯度及凝固速率,以及通过基体晶体取向控制晶粒外延生长。最后,展望了该领域未来的主要研究方向和发展前景。     

航天用镍基高温合金及其激光增材制造研究现状

新型航天器用镍基高温合金部件呈现出复杂化、薄壁化、复合化、一体化的发展趋势,使得传统的铸造或锻造加工技术无法胜任。基于逐层堆积的激光增材制造(LAM)技术是实现这类复杂部件制备的理想解决方案,能够进一步赋予高温合金更高的价值,极大地推动航天装备的发展。首先介绍了航天领域常用的镍基高温合金种类,然后以研究最多的IN 718和IN 625合金为例,总结了镍基高温合金增材制造的研究现状:归纳了镍基高温合金增材制造工艺优化方法,表明增材制造综合加工图和实验设计方法是两种行之有效的方法;指出了增材制造镍基高温合金材料的微观组织特点,讨论了增材制造后续热处理对材料微观组织和力学性能的影响规律,表明增材制造技术极快速冷却的特点引起镍基高温合金材料内部存在普遍的局部微观偏析现象,导致常规热处理工艺不再是最优工艺;并通过5个典型的增材制造镍基高温合金航天构件案例展示了增材制造技术的优势。在此基础上,针对镍基高温合金增材制造过程中存在的关键科学问题和技术难题,展望了增材制造镍基高温合金未来的研究方向。     

金属多材料增材制造研究现状与展望

当代社会对产品的功能及性能的要求越来越高,苛刻的使役条件要求零件具有功能耦合、多环境适应的能力。金属多材料增材制造技术相比传统制造技术具备更大的优势,在航空航天、汽车工业、电力行业、生物医学等领域中均具有广阔的应用前景。研究了电子束增材制造、电弧增材制造和冷喷涂增材制造在金属多材料增材制造中的应用现状以及最新发展。重点研究了金属多材料增材制造技术在宏观成形精度、微观组织缺陷和粒子界面结合中存在的关键问题。最后,指出了金属多材料增材制造技术在材料种类、基础理论、零件复杂度、质量控制等方面的发展趋势。将为金属多材料应用于增材制造技术提供新的思路和借鉴价值。