激光增材制造

摘要： Inconel 718高温合金具有优异的高温力学性能以及良好的耐热腐蚀性能,被广泛应用于航空航天、燃气轮机、核电及化石等领域。近年来,凭借自由设计和近净成型等特点,激光增材制造技术在Inconel 718等复杂精密零部件的制造领域具有不可替代的作用。激光增材制造技术是一个快速加热与冷却的过程,得到的合金枝晶/胞晶和析出相的尺寸比传统制备工艺更加细小,且表现出跨尺度的多级分层结构,呈现出独特的力学性能相关性。随着人们对激光增材制造Inconel 718高温合金的广泛研究,目前Inconel 718合金的力学性能可以达到甚至超过锻件的水平。然而,激光增材制造的Inconel 718合金内部往往存在显著的凝固织构和较大的残余拉应力,使得合金的力学性能呈各向异性且疲劳持久性能较差,在一定程度上限制了激光增材制造技术的推广应用。因此,需从跨尺度组织结构角度入手,通过工艺参数调控和后处理技术,实现Inconel 718合金的高质量增材制造。本文归纳总结了激光选区熔化和激光立体成形技术在制备Inconel 718合金方面的研究进展,围绕“工艺参数-显微组织结构-力学性能”的本构关系,重点阐述了不同增材制造工艺及加工参数对Inconel 718中枝晶生长、析出相、晶粒结构以及残余应力等显微组织结构和力学性能的影响,并讨论了激光增材制造Inconel 718高温合金面临的难题及其解决措施。

摘要： TiAl基合金具有优异的高温性能,是一种极具竞争力的新型轻质高温结构材料,在汽车、军工、航空航天等领域具有广阔的发展潜力和应用前景。然而,TiAl基合金室温脆性较大,成形困难,是阻碍其发展与应用的主要瓶颈之一。增材制造基于“离散+堆积”的成形思想,以激光、电子束、电弧等作为高能热源,通过熔化丝材或者粉末,逐层堆积实现零件的近净成形,是TiAl基合金最前沿、最具潜力的成形技术。本文主要概述了激光增材制造、电子束选区熔化、电弧增材制造TiAl基合金的研究进展,并展望了增材制造TiAl基合金的研究方向。

摘要： 该文通过对全球钛合金激光增材制造专利的专业检索、数据提取和分类分析,了解全球钛合金激光增材制造技术专利整体情况。从钛合金激光增材制造的专利申请时间与地理分布、专利申请机构与技术构成、重点专利、高被引专利以及同族专利等分析角度,揭示并呈现出全球钛合金激光增材制造技术专利态势。结果显示:我国钛合金激光增材制造技术专利近些年专利申请数量多且质量高,专利申请机构集中于高校和企业,技术聚焦于热处理方法、激光选区、人体植入物等主题。

摘要： 制备不同Nd含量的TC11钛合金单道熔覆和单道多层激光增材制造(LAM)试样,研究Nd添加对显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着Nd含量增加,单道熔覆熔池的深宽比增加,并且在熔池中发生柱状晶向等轴晶的转变(CET)。单道多层TC11−1.0Nd试样的原始β晶粒尺寸和α片层宽度相比纯TC11样品的明显减小,主要原因是熔池快速凝固时优先形成平均尺寸约1.51μm的均匀弥散分布的细小Nd_(2)O_(3)析出相,在后续凝固和固态相变中作为异质形核质点而细化组织。由于Nd对显微组织的多重影响,激光增材制造TC11−1.0Nd相比纯TC11样品抗拉强度提高,而屈服强度、伸长率和显微硬度降低。

摘要： 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。

摘要： 目的 提高TC4/GH4169梯度过渡界面的元素分布均匀性,削弱界面效应,制备二维TC4/GH4169梯度结构。方法 利用激光增材制造技术,采用TC4-90%TC4+10%GH4169-GH4169的梯度过渡方式制备TC4/GH4169一维梯度材料,并在一维梯度的基础上设计二维梯度结构,制备TC4/GH4169二维梯度材料。利用场发射扫描电子显微镜对TC4/GH4169一维和二维梯度材料内的析出相以及各梯度过渡界面的组织形态进行分析,利用能谱仪对各梯度过渡界面处的元素分布进行分析。结果 一维梯度90%TC4+10%GH4169-GH4169界面相比于TC4-90%TC4+10%GH4169界面材料相互渗透程度更高。由于TC4内Ni元素的加入,在90%TC4+10%GH4169内生成了较多的呈交联网状分布的Ti_(2)Ni析出相。二维梯度样件在水平方向的界面波动程度以及材料相互渗透程度相比于沉积方向更高,其中二维梯度水平方向TC4-90%TC4+10%GH4169界面两侧元素充分扩散,相比于一维梯度TC4-90%TC4+10%GH4169界面处的元素分布均匀性显著提高。结论 通过合适的梯度过渡方式以及二维梯度结构设计有效提高了梯度材料过渡界面的元素分布均匀性,显著削弱了界面效应,对梯度材料的制备具有指导意义。

摘要： 碳纳米管(CNTs)是一种具有独特管状结构和优异力学、电学及化学性能的一维纳米材料,是制备金属基复合材料的理想增强体。近日,广东省科学院智能制造研究所先进激光增材制造技术创新团队在碳纳米管增强激光熔覆高熵合金涂层技术研究方面取得新进展。目前,碳纳米管增强金属基复合材料仍主要采用冷压烧结、搅拌铸造、搅拌摩擦加工、粉末冶金、高压扭转、离子喷涂等技术制备。碳纳米管的团聚问题始终是制约其工业应用的主要原因之一,而球磨和超声分散方法均存在对工艺参数要求严苛、耗时耗能等问题。

摘要： 激光增材制造(LAM)制备多层结构成形件的工艺过程是由单熔覆道的逐道搭接和单熔覆层的逐层堆叠形成最后的成形件。在该工艺过程中,成形件容易产生缺陷,而单熔覆道及单熔覆层的成形优劣影响了最终的多层结构成形质量。明确缺陷在多层结构搭接及堆叠成形过程中的演变规律、优化单熔覆道及单熔覆层的成形质量是多层结构成形件最终成形质量的关键所在。本文综述了LAM成形过程中多层结构的缺陷形成过程、成形质量的表征以及成形质量的调控研究,为实现多层结构成形件的良好成形提供参考和指导。

摘要： 材料高通量实验是在短时间内完成大量样品的制备与表征,可帮助研究者快速筛选新材料的成分和工艺组合,高效探索材料创新的“基因”,从而促进自主创新迭代能力,是材料基因组工程的关键技术之一。高通量制备技术是高通量实验的基石,其技术发展方向可归纳为两类,第一类是通过并行试验的方法提高制备效率,第二类是在同一样品上实现成分或工艺参数梯度变化。按照制备样品单元的尺度可分为纳微观样品制备方法和宏观样品制备方法,以界面法、薄膜法为代表的纳微观尺度高通量制备技术已被广泛用于各类新材料的成分设计。目前该领域的重要发展方向之一是块体样品的高通量制备技术,用以实现对样品宏观力学性能的直接表征。发展中的宏观尺度样品的高通量制备方法总体上可分为成分高通量制备和工艺高通量制备两大类。本文按照样品尺度归纳了各类高通量制备方法的优缺点及应用特点,特别是高通量方法与激光增材制造技术结合制备块体材料的思路,重点介绍了高通量制备技术在高熵合金、非晶合金和新型结构材料设计开发中的应用案例,分析了高通量制备技术未来发展的重点和趋势,包括均匀块体样品的高效高通量制备、高通量制备与表征的一体化协同以及发展高通量数据采集管理学习的一体化云数据平台,以期为金属新材料成分及工艺设计提供技术思路。

摘要： 选题背景激光制造历经多年的研究发展,涵盖了广泛的研究领域,跨越了毫米、微米和纳米多个尺度。其中,激光增材制造和超快激光微纳制造作为宏观制造和微纳制造的典型,被列入国家重点研发计划,具有广阔研究前景与巨大应用潜力。本刊特策划“激光增材/微纳制造”专题,热忱欢迎相关领域的专家及科研团队对研究成果进行论述。

摘要： K465镍基高温合金有较高含量Al、Ti和γ'(Ni3(AI,Ti))相,在激光增材制造成形过程中,当这些相达到共晶成分时,极易发生γ/γ'共晶反应,在晶间形成低熔点(γ+γ')共晶相,在冷却凝固过程中,在残余拉应力的作用下,熔覆层与基体的过渡区和熔覆层表面极易产生裂纹.研究采用K465合金和Stellite6钴基合金粉末分层交替熔覆成形,然后对沉积试样进行OM、SEM、EDS、XRD组织分析,研究结果表明,激光增材制造K465合金过程中,引入Stellite6合金,裂纹数量显著下降,成形质量得到明显改善.

摘要： 对激光增材制造Hastelloy C-276合金进行真空热处理,分析热处理工艺参数对合金组织的影响.结果表明,沉积态组织呈沿沉积方向强制生长枝晶形态,热处理温度(1000°C以下)较低,热处理后合金组织并未发生明显变化,随着热处理温度升高,组织中分布于枝晶间的析出相溶解、分布更加弥散细小,组织发生再结晶,枝晶臂粗化.

摘要： 金属增材制造过程复杂应力场决定了成形过程中会出现成形基板翘曲变形行为,本文以Inconel625高温合金为研究对象,建立了激光功率、扫描速度、送粉速率以及成形零件形状为变化参数的正交工艺实验,以成形后基板最大变形量为评价指标,研究了工艺参数与变形之间的关联规律.结果分析表明:在工艺参数、堆积层数不变的情况下,基板变形量随零件长度增加而增大;在无约束条件下,基板在X、Y方向均出现翘曲变形;在三个工艺参数中,激光功率对翘曲变形影响程度最剧烈.

摘要： 本发明提供一种送粉装置及具有送粉装置的激光熔覆增材制造系统与方法，送粉装置包括：至少一个送粉器，具有送粉桶；分粉器组合，与送粉器连接；第一侧向送粉组件和第二侧向送粉组件，关于激光熔覆加工头的中心轴线成轴对称设置；第一侧向送粉组件和第二侧向送粉组件内分别配置有多个独立的粉管；粉管的入口端连通至分粉器组合，出口端朝向激光光斑位置；送粉桶内存储的粉末输送至第一侧向送粉组件的一个或者多个粉管，以及输送至第二侧向送粉组件的一个或者多个粉管，实现宽带可调多管同步送粉，以利于进行高效率的宽带3D打印、同一光斑下的同步分区旁轴送粉3D打印以及三种难混材料的同步分区旁轴送粉3D打印，提高熔覆效率和质量。

摘要： 本发明提供了一种用于锰铜合金成型的激光选区熔化的增材制造方法及增材制造装置，包括：(Ⅰ)激光束采用条带扫描的方式沿构建的零件模型的切片实体区域进行扫描熔化凝固，控制扫描熔化凝固过程中的激光工艺参数；沿切片外轮廓线进行扫描熔化凝固，得到零件成型层；(Ⅱ)成型舱内的锰铜合金粉末下移，补充锰铜合金粉末填满成型舱，激光再次熔化凝固钛合金粉末，逐层堆积直至形成完整的成型零件；(Ⅲ)在真空环境中，对成型零件重复进行至少两次热处理过程，每次热处理过程包括依次进行的加热、保温和冷却，严格控制热处理过程的工艺参数。通过对激光工艺参数和热处理工艺参数的严格控制提高了M2052锰铜合金结构件的力学性能。

摘要： 公开了激光焊接装置的系统和方法。该激光焊接装置包括激光发生器(102)，其被配置成用于产生焊接型激光功率。透镜(104)在焊接型操作期间将焊接型激光功率聚焦在工件(118)上的焦点处以产生熔池。送丝器(123)被配置成将焊丝馈送到由激光发生器产生的熔池。激光扫描仪(106)在焊接型操作期间控制透镜以在工件上沿多个维度移动焊接型激光功率的焦点。在一些示例中，馈送焊丝用于增材制造过程。

摘要： 本发明公开了一种增材制造工艺、增材层、增材后的产品及复合激光器,涉及激光合束技术领域。发明包括包括加工前处理过程、增材制造加工处理过程和加工后处理过程。本发明解决了目前由于使用万瓦级别的激光器成本高、维修难度极大和设备稳定性差的技术问题。

摘要： 本发明公开一种激光增材制造构件的方法及激光增材制造系统，涉及增材制造技术领域，以解决预混合粉末同轴送粉激光沉积增材制造时，由于比重不同和长时间、长距离输送，到达熔池前出现气载输送偏析、重轻分离的现象，从而导致激光沉积成形的复合材料构件内组分分布不均匀的问题。该方法应用激光增材制造设备。该方法包括送粉器根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐所输出的不同材料粉末流汇聚在基材面的同一位置，使得至少两个送粉罐所输出的不同材料粉末流在基材面形成混合物；激光器根据构件的增材制造策略控制激光加工头对混合物进行熔融烧结，获得构件。本发明提供的激光增材制造构件的方法及激光增材制造系统用于增材制造。

摘要： 本发明提供了一种用于激光增材制造的气氛保护系统，所述气氛保护系统包括密闭装置以及与所述密闭装置外壁固定连接的滑动构件，其中，所述密闭装置是用于进行激光增材制造的成形腔，并且所述密闭装置包括沿竖直方向限定所述成形腔的刚性构件和柔性构件，柔性构件在竖直方向上与所述刚性构件连接，所述滑动构件能够在外部导轨上沿竖直方向滑动，随着所述滑动构件在外部导轨上沿竖直方向滑动，密闭装置的刚性构件沿竖直方向被带动，柔性构件由此被刚性构件带动并因此被压缩或拉伸，使得所述成形腔的体积被减小或增大。本发明还提供了一种包括这种气氛保护系统的激光增材制造设备。

摘要： 本发明公开一种激光增材制造成形系统、激光增材制造成形性的调控方法，系统包括激光增材制造设备，包括：激光器、原位磁场发生器、原位磁场控制系统、电源，原位磁场发生器包括多个非线性磁场发生单元，每一非线性磁场发生单元包括磁感应线圈；计算机设计软件，用于建立三维实体几何模型并获取激光增材制造加工工序且导入至激光增材制造设备；原位磁场发生器、原位磁场控制系统与电源形成闭环，原位磁场发生器用于产生原位磁场以作用于内设的粉体，激光器用于产生激光以对粉体激光扫描，原位磁场控制系统用于控制电源产生电流以激活或关闭一或多个非线性磁场发生单元，用于控制粉体成形为试样过程中激光扫描的不同成形位置上的磁感应强度相同。

摘要： 本发明公开一种激光增材制造构件的方法及激光增材制造系统，涉及增材制造技术领域，以解决预混合粉末同轴送粉激光沉积增材制造时，由于比重不同和长时间、长距离输送，到达熔池前出现气载输送偏析、重轻分离的现象，从而导致激光沉积成形的复合材料构件内组分分布不均匀的问题。该方法应用激光增材制造设备。该方法包括送粉器根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐所输出的不同材料粉末流汇聚在基材面的同一位置，使得至少两个送粉罐所输出的不同材料粉末流在基材面形成混合物；激光器根据构件的增材制造策略控制激光加工头对混合物进行熔融烧结，获得构件。本发明提供的激光增材制造构件的方法及激光增材制造系统用于增材制造。

摘要： 本发明提供了一种用于激光增材制造的气氛保护系统，所述气氛保护系统包括密闭装置以及与所述密闭装置外壁固定连接的滑动构件，其中，所述密闭装置是用于进行激光增材制造的成形腔，并且所述密闭装置包括沿竖直方向限定所述成形腔的刚性构件和柔性构件，柔性构件在竖直方向上与所述刚性构件连接，所述滑动构件能够在外部导轨上沿竖直方向滑动，随着所述滑动构件在外部导轨上沿竖直方向滑动，密闭装置的刚性构件沿竖直方向被带动，柔性构件由此被刚性构件带动并因此被压缩或拉伸，使得所述成形腔的体积被减小或增大。本发明还提供了一种包括这种气氛保护系统的激光增材制造设备。

摘要： 本发明属于激光增材制造技术领域，具体涉及一种激光抛光‑激光增材复合的增材制造方法，该方法以金属粉末为原料，在采用激光增材制造方法进行沉积的过程中，每沉积一层金属片层后进行一次激光抛光，直至沉积完成。本发明采用激光抛光技术对增材制造沉积的表面进行清理，不仅可以消除表面形成的氧化层，还可以实现对表面层的缓慢冷却，降低了残余应力，改善了组织和应力状态；而且同其他操作方式相比较，具有操作方便和简便的优势。