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。     

真空环境下TC4激光熔丝增材制造工艺实验研究

目的 针对TC4金属增材制造制备的零件质量差的问题,研究真空环境下不同工艺参数对TC4激光熔丝增材制造的影响规律。方法 通过单因素单道工艺实验,研究激光功率、扫描速度、送丝比等工艺参数对单道沉积层形貌、宽度和高度的影响。结果 当激光功率小于230 W时,得到的单道表面形貌较为良好,熔覆层与基板区域结合较好,而当激光功率大于230 W时,则会在初始段产生鱼鳞状缺陷。随着激光功率从150 W增大到230 W,单道截面宽度从0.582 mm增大到1.123 mm,增大了93.0%。单道截面高度从0.443 mm降低到0.351 mm,降低了20.8%。当扫描速度小于1.5 mm/s时,单道表面也出现了“鱼鳞”状结构,导致质量下降;当扫描速度从1 mm/s增大到5 mm/s时,单道横截面宽度从1.003 mm降低至0.887 mm,降低了11.6%,而单道横截面高度则从0.332 mm增大至0.353 mm,只增大了6.32%。在不同送丝比情况下,单道表面形貌都较为良好,且随着送丝比从1增大至3,单道沉积层的高度从0.308 mm增大至0.465 mm,增大了51.0%。结论 激光功率是影响单道沉积层表面形貌和横截面宽度的重要因素,而扫描速度对横截面宽度和高度的影响幅度都很小,其影响程度远不如激光功率显著,送丝比只对单道沉积层的高度影响显著。     

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...     

铝合金增材制造技术研究进展

铝合金广泛的应用市场和增材制造快速成形的优势,使铝合金的增材制造技术成为研究的热点之一。从铝合金增材制造技术的角度出发,总结了国内外铝合金增材制造所使用的不同工艺方法,比较了各种方法的研究现状和最新成果,并且重点总结了铝合金增材制造的成形控制问题,对铝合金增材制造技术未来的研究热点和发展方向提出了预测。     

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。     

电子束增材制造设备及应用进展

电子束增材制造是增材制造技术的主要方向之一,它在真空中进行,具有能量利用率高、零件残余应力低等优势,在航空航天、医疗领域获得较为广泛的应用.介绍了两种电子束增材制造方法——电子束选区熔化和电子束熔丝沉积,总结了设备、电子枪、工艺、材料组织调控等方面的研究与应用进展,并对电子束增材制造技术的发展进行了展望.     

电子束熔丝增材制造研究进展及展望

增材制造技术可以实现复杂三维结构件的快速制造,大幅度提高生产效率、减少材料损耗、降低生产成本.相比于电弧和激光增材制造技术,电子束熔丝增材制造凭借其制造成本低、加工效率高、材料利用率高等特点,逐渐成为增材制造领域的研究热点.从成形精度与缺陷调控、组织与性能特点、成形及其控制机理3个方面综合分析了国内外关于电子束熔丝增材...     

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。     

卫星轻量化发动机支架底盘激光增材制造技术研究

面向卫星结构轻量化的发展需求,以卫星发动机支架底盘为研究对象,针对卫星轻量化发动机支架底盘,重点开展了激光加工参数优化和成形工艺研究,完成了卫星发动机支架底盘的增材制造成形且通过了力学试验考核,从而验证了增材制造方式在实现卫星结构轻量化方面的优越性和可行性。     

电弧熔丝增材制造铝合金研究进展EI北大核心CSCD

电弧增材制造因其独特的无模壳快速近净成形特点而备受关注,有望成为突破铝合金材料研发与工业应用瓶颈的先进制造技术。电弧增材技术在传统电弧焊接的基础上发展而来,二者均以高能电弧为热源、以金属丝材为原材料进行成形。本文综合分析了电弧增材制造工艺与设备研发现状、凝固与固态相变特性、显微组织特点、冶金缺陷概况以及力学性能特点,论述了热丝及多丝增材制造技术前景和电弧增材制造独特的成形方式与相变显微组织特征。针对电弧增材制造铝合金制造精度及稳定性较差、气孔及热裂缺陷严重、材料力学性能优势不突出的问题,提出了电弧增材制造专用设备开发、熔丝累加快速凝固冶金缺陷控制专用方法研发、专用材料成分及显微组织设计、专用热处理工艺制定等发展方向,为加快电弧增材制造铝合金高端化、定制化、专属化发展提供重要参考。     

Rapid additive manufacturing of functionally graded structures using simultaneous wire and powder laser deposition

Laser additive fabrication allows the manufacturing of functionally graded structures that are not possible using conventional subtractive manufacturing. Laser deposition of injected powders with varying compositions, layer-by-layer, is often used for the building up of functionally graded fully dense structures or materials. This approach, however, has some drawbacks: the un-used powders (normally 60-80%) cannot be recycled as they will be contaminated by the powder mixture. In addition, multiple passes are needed to develop functionally graded structures. This paper reports the feasibility and characteristics of using simultaneous powder and wire feeding laser deposition to produce functionally graded structures in a single step. This approach has been shown to eliminate the above problems associated with powder feed laser deposition. In this work, copper powder and nickel wire have been used to deposit functionally grated copper/nickel/iron structures on H13 tool steel. A 1.5-kW diode laser is used for the build-up process. Electron probe microanalysis (EPMA), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD) and optical microscopy are used to analyse the deposited materials in terms of morphology, composition distributions, microstructures and phases formed. Successful deposition of functionally graded Cu-Ni-Fe structures has been demonstrated. Comparisons are made with the dual powder feed deposition process, which shows the inclusion of un-melted Ni powders in the Cu layer as a result of melting temperature difference of the two materials.     

熔体自生陶瓷激光直接能量沉积增材制造研究进展EI北大核心CSCD

熔体自生陶瓷是一种原料经熔化凝固获得组织组成的新型陶瓷材料,原子共用的洁净高强度结合界面使其具有接近熔点的优异高温力学性能及组织稳定性,在未来高推重比航空发动机及重型燃气轮机热端部件领域展现了巨大的应用潜力。激光直接能量沉积技术能够有效克服熔体自生陶瓷传统制备方法在周期、能耗及结构复杂度等方面的局限,为直接增材制造熔体自生陶瓷构件提供了新的解决方案,成为国内外研究热点。本文在介绍激光直接能量沉积技术工艺原理的基础上,总结了国内外利用该技术制备的不同熔体自生陶瓷的微观组织特征及其主要力学性能,并综合论述了目前针对微观组织及开裂行为调控所开展的主要研究。基于现有研究进展,对该领域的发展趋势和需要进一步解决的关键科学问题进行了探讨,指出抑制开裂与改善组织性能是目前面临的首要问题,材料和新工艺的发展是突破现有瓶颈、推动熔体自生陶瓷激光直接能量沉积技术发展和应用的关键。     

Rapid additive manufacturing of functionally graded structures using simultaneous wire and powder laser deposition

Laser additive fabrication allows the manufacturing of functionally graded structures that are not possible using conventional subtractive manufacturing. Laser deposition of injected powders with varying compositions, layer-by-layer, is often used for the building up of functionally graded fully dense structures or materials. This approach, however, has some drawbacks: the un-used powders (normally 60–80%) cannot be recycled as they will be contaminated by the powder mixture. In addition, multiple passes are needed to develop functionally graded structures. This paper reports the feasibility and characteristics of using simultaneous powder and wire feeding laser deposition to produce functionally graded structures in a single step. This approach has been shown to eliminate the above problems associated with powder feed laser deposition. In this work, copper powder and nickel wire have been used to deposit functionally grated copper/nickel/iron structures on H13 tool steel. A 1.5-kW diode laser is used for the build-up process. Electron probe microanalysis (EPMA), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD) and optical microscopy are used to analyse the deposited materials in terms of morphology, composition distributions, microstructures and phases formed. Successful deposition of functionally graded Cu–Ni–Fe structures has been demonstrated. Comparisons are made with the dual powder feed deposition process, which shows the inclusion of un-melted Ni powders in the Cu layer as a result of melting temperature difference of the two materials.     

基于搅拌摩擦的金属固相增材制造研究进展EI北大核心CSCD

基于搅拌摩擦的固相增材制造是大型轻质合金构件成形制造的新技术,已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。本文对目前国内外基于搅拌摩擦的金属固相增材制造技术及其相关工艺机理的研究现状进行了分析和总结。常见的基于搅拌摩擦的固相增材制造技术可分为三类:基于搅拌摩擦搭接焊原理,使板材逐层堆积,从而获得增材构件的搅拌摩擦增材制造(friction stir additive manufacturing,FSAM)技术;采用中空搅拌头,通过添加剂(粉末或丝材)进行固相搅拌摩擦沉积的增材制造(additive friction stir deposition,AFSD)技术;采用消耗型棒材,通过棒材的摩擦表面处理,形成增材层的摩擦表面沉积增材制造(friction surfacing deposition additive manufacturing,FSD-AM)技术。重点分析了金属材料基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的国内外研究与应用现状,对比了三类基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的特征及其工艺优缺点。最后指出增材工艺机理、形性协同控制、外场辅助工艺改型、新材料应用和人工智能优化是基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来研究的重点方向。     

超高温氧化物陶瓷激光增材制造技术与缺陷控制研究进展

超高温氧化物陶瓷具有高强度、高硬度、天然杰出的抗氧化和抗腐蚀性能,被认为是极端氧化腐蚀环境下长期服役的理想高温结构材料.激光增材制造(LAM)技术以其特有的高效、快速、无需模具、柔性制造等优点,成为近年来直接快速制备高性能复杂结构陶瓷构件最具潜力的近净成形技术.本文概述了陶瓷材料LAM技术的原理,重点阐述了高性能氧化物...     

Obtaining uniform deposition with variable wire feeding direction during wire-feed additive manufacturing

Wire-feed additive manufacturing is cost competitive and efficient in producing large and complex components in aerospace applications. However, for the additive manufacturing technologies with lateral wire feeding, including laser wire additive manufacturing, electron beam freeform fabrication, plasma arc welding, and gas tungsten arc welding, it is difficult to obtain uniform deposit due to the variable wire feeding direction. In this work, high-angle wire feeding method is proposed to obtain uniform deposit in gas tungsten arc welding-based additive manufacturing. The results illustrate that low wire feeding angle (30°–50°) causes the deposition to break at the back feeding, meanwhile too high wire feeding angle (70°) leads to many littered droplets on one side of the deposition at the condition of side feeding. A uniform deposition can be obtained at the optimal wire feeding angle of 60° in any wire feeding direction, and the reasons have been discussed based on the temperature distribution characteristics of the arc and molten pool. Furthermore, the deposition layers exhibit similar columnar prior β grains, basketweave microstructure, and tensile properties from different wire feeding directions.     

金属增材制造技术发展趋势综述

近年来金属增材制造技术的快速发展,使其在航空航天、医疗行业、汽车制造等领域得到了大量应用.本文简要介绍了金属增材制造的典型工艺、金属粉末和金属丝材的制备方法以及基于文献统计的方法分析金属增材制造目前的研究热点和发展趋势.结果 表明,金属增材制造技术在仿真设计、制造工艺、过程监控、质量评估、后续处理等领域还没有形成完善的...     

电弧增材制造AZ31镁合金组织与力学性能分析

针对镁合金在轻量化结构件领域的应用前景,采用基于MIG焊的电弧增材制造工艺开展了两组不同路径的AZ31镁合金增材实验,并对其微观组织和力学性能进行了分析。结果表明：增材构件相较于原始焊丝的化学成分无较大变化;单道次多层往复堆积路径相较于多道次多层堆积路径,更易制得表面更为平整,内部更为致密的构件,其屈服强度为77.3 MPa,抗拉强度为235 MPa,达到原始焊丝75%的力学性能水平,平均显微硬度为52.7HV,断后伸长率最高达到了27%;增材构件拉伸断裂方式为韧性断裂,并在多道次多层往复堆积构件断口处发现其内部存在气孔。验证了电弧增材制造AZ31镁合金工艺的可行性。