激光选区熔化单道扫描与搭接数值模拟及试验 被引量：15

1

作者 梁平华 唐倩 +1 位作者 冯琪翔 宋军 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第22期56-67,共12页

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,... 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200~300W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。 展开更多

关键词 激光选区融化 数值模拟 单道扫描 搭接

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基于SLM成形多孔支架力学性能研究及下颌骨假体设计

2

作者 阎汉生 魏波 +1 位作者 刘子龙 丘永亮 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1152-1158,共7页

组织工程骨是修复大节段骨缺损的重要方法,但如何设计力学性能与宿主骨相匹配的假体仍有待研究。因此,本研究的目的是基于激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形技术探索多孔支架的力学性能,并应用于下颌骨重建。首先,建立不... 组织工程骨是修复大节段骨缺损的重要方法,但如何设计力学性能与宿主骨相匹配的假体仍有待研究。因此,本研究的目的是基于激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形技术探索多孔支架的力学性能,并应用于下颌骨重建。首先,建立不同孔隙率(50%~80%)的六面体(Hexahedral,HE)、八面体(Octahedral,OC)、体心立方(Body Centred Cubic,BCC)单元结构的多孔支架模型,通过有限元模型分析支架的力学性能。其次,利用SLM成形技术制备力学性能强的多孔Ti6Al4V支架,结合压缩试验评估支架的力学性能。最后,利用最小二乘法拟合支架的孔隙率-弹性模量曲线,从而获得力学性能与下颌骨缺损区域相匹配的多孔假体。结果表明,多孔支架的峰值应力随着孔隙率的上升而上升,且与构型密切相关(BCC>OC>HE);压缩试验证明了不同孔隙率的支架的弹性模量存在显著差异性,且孔隙率与弹性模量成反比。根据六面体单元的Gibson-Ashby模型,计算得到理想的假体的孔隙率为53.1%,并且有限元分析验证了假体的安全性。通过有限元分析和压缩试验证实了不同孔隙率的支架力学性能存在差异,合适孔隙率的假体能够更好地匹配宿主骨的力学性能,为植入物设计提供一定的参考价值。 展开更多

关键词 激光选区融化 多孔支架 弹性模量 孔隙率 下颌骨假体

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SLM钛合金蜂窝结构的面内压缩力学行为 被引量：1

3

作者 乔扬 赵至诚 +1 位作者 谢晶 陈鹏万 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期629-637,共9页

为探究增材制造金属蜂窝结构在防护领域的潜在应用,采用激光选区融化(SLM)技术制备钛合金蜂窝试样,进行单轴面内压缩力学实验,在平台段出现了周期压溃卸载现象,这不同于传统的塑性/脆性材料蜂窝平台段特征;结合数字摄像机和扫描电子显微... 为探究增材制造金属蜂窝结构在防护领域的潜在应用,采用激光选区融化(SLM)技术制备钛合金蜂窝试样,进行单轴面内压缩力学实验,在平台段出现了周期压溃卸载现象,这不同于传统的塑性/脆性材料蜂窝平台段特征;结合数字摄像机和扫描电子显微镜,分析结构变形模式与断口破坏机理;基于参数化有限元数值分析,研究壁厚对蜂窝结构压溃卸载的影响规律。研究结果表明:SLM技术制备的钛合金蜂窝试样打印精度高,力学性能差异小;钛合金蜂窝结构面内受压时,结构剪切带区域蜂窝边连接处断裂造成结构应力-应变曲线周期性压溃卸载;破坏处断口可观察到明显的韧窝,呈现明显的塑性破坏形貌;壁厚减薄可以有效增大破坏时蜂窝短边的旋转角度,降低最小弯曲半径,从而显著改善压溃卸载现象,提升结构承载稳定性。 展开更多

关键词 蜂窝 钛合金 激光选区融化 面内压缩 有限元模拟

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激光选区熔化成形Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢组织及性能研究 被引量：4

4

作者 宗学文 张健 刘文杰 《应用激光》 CSCD 北大核心 2021年第1期35-43,共9页

采用激光选区熔化工艺制备Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢三种不同材料的试样,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机、维氏硬度仪等设备研究了其微观组织演变及力学性能。结果表明:Ti6Al4V内部分布大量针状马氏体α′相,成... 采用激光选区熔化工艺制备Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢三种不同材料的试样,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机、维氏硬度仪等设备研究了其微观组织演变及力学性能。结果表明:Ti6Al4V内部分布大量针状马氏体α′相,成形过程中分解为α+β相形成网篮组织;GH3536横截面呈现条形状,纵截面为鱼鳞状;316L不锈钢内部分布着等轴柱状晶。316L不锈钢和GH3536的伸长率平均值分别为34.17%、36.75%,相比Ti6Al4V分别增多了23.69%、26.27%;而Ti6Al4V的抗拉强度和屈服强度为1 122.83 MPa、853.17 MPa,相比GH3536和316L不锈钢,抗拉强度分别提升了51.63%、74.81%,屈服强度分别提升了159.85%、54.37%。试样的强度均高于一般锻造的国家标准强度水平,达到工业的使用要求,综合性能优于传统制造工艺,在激光选区熔化下具有较好的强塑性匹配。 展开更多

关键词 增材制造 激光选区融化 微观组织 力学性能 各向异性

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构建方向对SLM钛合金卡环的显微结构及性能影响 被引量：4

5

作者 谢文强 王洁琪 +4 位作者 庄沛林 李小宇 郑美华 张雯 韦佩伶 《口腔疾病防治》 2019年第1期17-22,共6页

目的探讨不同构建方向对选择性激光熔融(selective laser melting,SLM)法打印Ti-6Al-4V卡环的物理性能的影响,为临床3D打印高精密度及力学性能优良的卡环提供依据。方法以SLM法分别按0度(SLM0组)、45度(SLM45组)、90度(SLM90组)3种不同... 目的探讨不同构建方向对选择性激光熔融(selective laser melting,SLM)法打印Ti-6Al-4V卡环的物理性能的影响,为临床3D打印高精密度及力学性能优良的卡环提供依据。方法以SLM法分别按0度(SLM0组)、45度(SLM45组)、90度(SLM90组)3种不同构建方向打印Ti-6Al-4V卡环,每组12个;以铸造法铸造卡环12个为对照组;同时铸造4枚金属基牙随机作为上述4组卡环的基牙。用X射线探查各组卡环是否存在裂隙;以共聚焦显微镜检测各组卡环粗糙度、体式显微镜观测各组卡环与金属基牙的密合度;金相显微镜下观察各组样品的显微结构,评估各组试件的物理性能。结果铸造组卡环存在0～8个肉眼可见的裂隙,而SLM组未见明显缺陷。4组中,表面粗糙度最大的是铸造组(18.102±3.762)μm(P <0.05),粗糙度最小的是SLM90组(5.942±1.486)μm(P <0.05),SLM0组(8.711±2.378)μm和SLM45组(8.513±1.161)μm间差异没有统计学意义(P> 0.05)。密合度最差的是铸造组(68.445±14.876)(P <0.05),密合度最好的是SLM90组(33.417±5.880)μm(P <0.05),SLM0组(52.917±12.102)μm和SLM45组(50.889±7.011)μm之间差异没有统计学意义(P> 0.05)。Ti-6Al-4V由α+β晶粒组成,其中β晶粒的生长方向大致平行于构建方向且位于α晶粒之间。SLM由细小的晶粒组成,而铸造组晶粒粗大。结论 SLM试件具有更小的晶粒;SLM90组卡环具有较好的密合性和较光滑的内表面。 展开更多

关键词 激光选区融化 Ti-6Al-4V卡环 不同构建方向 各向异性 金相

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燃料组件下管座增材制造技术研究

6

作者 李权 任全耀 +5 位作者 郑美银 段鑫 杜思佳 邱玺 焦拥军 李虹波 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期238-245,共8页

由于增材制造技术在提高效率、减小重量、降低体积等方面突出的优势,在核燃料领域得到越来越多研究者的关注。基于增材制造的产品制备与传统工艺存在较大的区别,目前针对核燃料产品的增材制造技术研究系统性有所不足。本文以燃料组件下... 由于增材制造技术在提高效率、减小重量、降低体积等方面突出的优势,在核燃料领域得到越来越多研究者的关注。基于增材制造的产品制备与传统工艺存在较大的区别,目前针对核燃料产品的增材制造技术研究系统性有所不足。本文以燃料组件下管座为对象,系统开展了从粉末制备到产品性能检测的增材制造全流程工艺研究:粉末制备采用真空感应熔炼雾化法,增材工艺选用激光选区熔化(SLM)工艺,通过软件开展支撑方案等详细工艺分析,通过固溶热处理和表面处理得到最终下管座产品。对产品性能的测试表明,产品尺寸精度和表面粗糙度良好,流道内壁面的粗糙度略大于流道外壁面;打印材料力学性能较好,x/y方向的强度要高于z方向。 展开更多

关键词 增材制造 下管座 激光选区融化 支撑 固溶热处理

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3D打印技术研究进展及应用现状 被引量：2

7

作者 余森 于振涛 +2 位作者 牛金龙 韩建业 贺新杰 《广东化工》 CAS 2017年第23期88-89,95,共3页

3D打印引领了制造流程的变革,正逐渐改变世界。本文介绍了3D打印的定义、分类与基本特性和目前应用现状,综述了国内外3D打印技术、材料和应用的最新研究与应用进展,分析和讨论了3D打印存在的问题和发展瓶颈,最后展望了3D打印未来发展方向。

关键词 3D打印 个性化 增材制造 激光选区融化

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不同构建方向激光选区融化钛合金卡环的疲劳性能研究及有限元应力分析 被引量：2

8

作者 谢文强 王洁琪 +3 位作者 郑美华 李小宇 张雯 韦佩伶 《中华口腔医学研究杂志（电子版）》 CAS 2018年第5期271-277,共7页

目的探讨不同构建方向激光选区融化(SLM)钛-6铝-4钒(Ti-6Al-4V)卡环的机械性能并与铸造卡环进行比较。方法制作3种不同构建方向SLM卡环及铸造卡环共计48个,根据卡环臂长轴与构建方向角度分为SLM0组、SLM45组、SLM90组和铸造组。利用有... 目的探讨不同构建方向激光选区融化(SLM)钛-6铝-4钒(Ti-6Al-4V)卡环的机械性能并与铸造卡环进行比较。方法制作3种不同构建方向SLM卡环及铸造卡环共计48个,根据卡环臂长轴与构建方向角度分为SLM0组、SLM45组、SLM90组和铸造组。利用有限元分析的方法分析卡环的应力分布和最大应力值。然后利用自制夹具在人工唾液环境下对卡环进行7200次循环摘戴模拟临床使用5年时间来评估卡环的抗疲劳性能。最后各组随机选取1个卡环进行三点弯曲使其折断,应用扫描电镜(SEM)对断端进行观察。实验数据使用SPSS 20.0进行处理,设置α=0.05。结果有限元分析发现,卡环的最大应力位于卡环固位臂的中段,在0.50 mm倒凹下其最大von Mises值远小于Ti-6Al-4V的弹性极限。循环疲劳实验中0.25 mm倒凹下SLM90卡环的抗疲劳性优于铸造卡环(P<0.05),0.50 mm倒凹下SLM90卡环的抗疲劳性优于SLM0、SLM45和铸造组卡环(P<0.05)。SEM显示卡环的断裂起始于晶粒之间。结论 SLM试件具有更小的晶粒;SLM组尤其是SLM90卡环的主要是韧性断裂而铸造组卡环为脆性断裂;SLM Ti-6Al-4V卡环可放置于0.50 mm倒凹下,SLM90卡环相较于SLM0、SLM45和铸造组卡环具有更优异的抗疲劳性能,这说明SLM Ti-6Al-4V材料存在明显的各向异性。 展开更多

关键词 有限元分析 激光选区融化 钛-6铝-4钒 定向力 各向异性

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激光功率对SLM成形304L不锈钢组织和力学性能的影响

9

作者 吕海马 白晶斐 +2 位作者 张学睿 陈诚 门正兴 《大型铸锻件》 2022年第4期66-69,共4页

为了解激光选区熔化成形(SLM)技术不同激光功率对304L不锈钢微观组织及力学性能的影响,从而获得合适的304L不锈钢成形激光功率参数,对激光功率为300~440 W,扫描速度为800 mm/s的SLM成形冲击试样进行表面硬度和冲击吸收能量试验,采用金... 为了解激光选区熔化成形(SLM)技术不同激光功率对304L不锈钢微观组织及力学性能的影响,从而获得合适的304L不锈钢成形激光功率参数,对激光功率为300~440 W,扫描速度为800 mm/s的SLM成形冲击试样进行表面硬度和冲击吸收能量试验,采用金相显微镜和扫描电镜对试样金相组织和冲击试样断口进行观察。结果显示,经SLM成形304L不锈钢微观组织致密,内部仅有少量20μm以下的孔洞,其侧面和顶面组织差异较大。激光对304L不锈钢表面硬度影响不大,平均硬度为203HBW,当激光功率为360 W时冲击吸收能量最大,为144.9 J。 展开更多

关键词 激光选区融化 304L 激光功率 组织 力学性能

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选区激光熔化铝合金点阵结构力学性能研究

10

作者 陈超 刘仕钦 +2 位作者 尹衍军 丁正峰 周子杰 《江苏科技信息》 2022年第5期45-49,共5页

点阵结构是一种由规则单元晶胞反复排列而成的新型轻质多孔结构,具有高强度、重量轻、吸能、传热等特性,在航空航天、石油化工、机械、医疗等领域应用前景广阔。文章基于选区激光熔化技术(SLM),以铝合金三维点阵结构作为研究对象,在单... 点阵结构是一种由规则单元晶胞反复排列而成的新型轻质多孔结构,具有高强度、重量轻、吸能、传热等特性,在航空航天、石油化工、机械、医疗等领域应用前景广阔。文章基于选区激光熔化技术(SLM),以铝合金三维点阵结构作为研究对象,在单方向载荷作用条件下,利用有限元Workbench对不同结构体心立方(Body-Centered Cubic,BCC)进行压缩仿真模拟计算,以模态分析其固有频率,以静力学分析其力学性能,从而比较不同长径比对体心立方(BCC)点阵结构的力学性能影响,为金属轻量化结构的设计与研究提供相关理论指导。 展开更多

关键词 激光选区融化 铝合金点阵结构 力学性能

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激光选区熔化成形TC4钛合金的热处理组织演变机理 被引量：3

11

作者 丁小明 高星 +1 位作者 张宁 蒋波 《热加工工艺》 北大核心 2023年第14期126-130,共5页

以SLM成形TC4钛合金为研究对象,通过观察金相形貌和进行能谱分析,研究了固溶时效热处理过程中激光选区熔化(SLM)成形TC4(Ti6Al4V)钛合金组织的演变机理。结果表明:经800℃/2 h/FC热处理后,沉积态SLM成形TC4钛合金中马氏体已完全分解。经... 以SLM成形TC4钛合金为研究对象,通过观察金相形貌和进行能谱分析,研究了固溶时效热处理过程中激光选区熔化(SLM)成形TC4(Ti6Al4V)钛合金组织的演变机理。结果表明:经800℃/2 h/FC热处理后,沉积态SLM成形TC4钛合金中马氏体已完全分解。经950℃/2 h/WQ热处理后,亚稳态的β基体上生成了针状马氏体α',合金元素(如Al、V)有明显扩散,较多的V元素迁移到β基体中,形成过饱和β固溶体。在随后的时效过程中,马氏体α'发生分解,形成了片状α相,晶界出现α相的形核长大,形成了断续的晶界α相(αGB)。次生α相(αS)从亚稳态的过饱和β基体中析出,颗粒状β相围绕着αS相弥散分布,形成了β转变组织。试样的整体组织由断续αGB、球状α、网篮状α及β转变组织组成。 展开更多

关键词 激光选区融化成形 TC4钛合金 固溶时效 微观组织

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热处理对SLM成形18Ni300马氏体时效钢摩擦磨损性能的影响

12

作者 陈诚 门正兴 +5 位作者 马亚鑫 郑金辉 白晶斐 张宏 杨欢 刘纪 《锻压技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期228-234,共7页

采用SLM成形技术制备18Ni300马氏体时效钢,并对其进行时效热处理,采用球-盘摩擦磨损试验模拟局部高应力摩擦磨损工况。研究热处理前后试样微观组织及力学性能变化对摩擦磨损性能的影响。对热处理前后的试样进行微观组织观察,并测量其密... 采用SLM成形技术制备18Ni300马氏体时效钢,并对其进行时效热处理,采用球-盘摩擦磨损试验模拟局部高应力摩擦磨损工况。研究热处理前后试样微观组织及力学性能变化对摩擦磨损性能的影响。对热处理前后的试样进行微观组织观察,并测量其密度、硬度、抗拉强度和伸长率变化,利用3D轮廓仪和扫描电镜观察磨损区域。热处理后试样的密度变化不大,硬度由37.7 HRC提高至54.5 HRC,抗拉强度由1108 MPa提高至2028 MPa,伸长率由14.5%下降至4.6%。热处理前,试样的摩擦因数为0.40,体积磨损率为1.87×10^(-4)mm^(3)·(N·m)^(-1),热处理后试样的摩擦因数为0.41,体积磨损率为1.41×10^(-4)mm^(3)·(N·m)^(-1)。磨损机制以磨粒磨损和粘着磨损为主,伴有轻微氧化磨损。 展开更多

关键词 球盘摩擦 激光选区融化(SLM) 18Ni300马氏体时效钢 热处理 磨损机制

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基于激光选区融化技术的不同空间孔隙结构多孔Ti6Al4V合金的力学性能研究 被引量：1

13

作者 张建国 黄道宇 +2 位作者 胡凤玲 陈晨 宋亮 《热加工工艺》 北大核心 2021年第20期44-48,共5页

以Ti6Al4V球形粉末为原料,利用激光选区熔化技术(SLM)精确化制备了Ti6Al4V合金样品试件。采用扫描电镜观察了3种不同空间孔隙结构(正六面体结构、G7结构、复合结构)的表观形貌,采用万能压缩试验机测试样品试件的力学性能,探究了激光选... 以Ti6Al4V球形粉末为原料,利用激光选区熔化技术(SLM)精确化制备了Ti6Al4V合金样品试件。采用扫描电镜观察了3种不同空间孔隙结构(正六面体结构、G7结构、复合结构)的表观形貌,采用万能压缩试验机测试样品试件的力学性能,探究了激光选区融化技术对不同空间孔隙结构多孔Ti6Al4V合金的室温力学性能。结果表明:SLM成形Ti6Al4V合金室温的压缩弹性模量分别为1460、1530、1300 MPa,抗压强度分别为111、1460、184 MPa。复合结构的试件综合力学性能更能符合种植体-骨界面的结合和生长,为探究种植体新的多孔结构提供理论依据。 展开更多

关键词 激光选区融化技术 TI6AL4V合金 多孔结构 力学性能

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激光选区融化(SLM)设备引进要点探讨 被引量：1

14

作者 袁芬 李彪 吴宏涛 《内燃机与配件》 2019年第13期125-126,共2页

对激光选区融化(SLM)技术原理和国内外发展情况进行了阐述。通过调研分析了影响激光选区融化(SLM)设备选型的因素,对打印尺寸、价格及市场占有率、表面质量、安全因素进行了具体分析,为SLM设备引进提供了参考依据。

关键词 激光选区融化(SLM) 设备选型 要点

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选区激光熔化制备多孔结构Ti6Al4V合金的力学性能

15

作者 张建国 黄道宇 +4 位作者 胡凤玲 陈晨 宋亮 周琼 张而耕 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期3619-3625,共7页

采用Simufact Additive软件,通过正交实验的方法,对激光选区融化(SLM)制备多孔结构Ti6Al4V合金的最优化工艺路线进行了模拟。结果表明,激光功率200 W,扫描速度1200 mm/s,光斑直径0.1 mm,粉末厚度0.03 mm为最佳加工参数。根据优化参数通... 采用Simufact Additive软件,通过正交实验的方法,对激光选区融化(SLM)制备多孔结构Ti6Al4V合金的最优化工艺路线进行了模拟。结果表明,激光功率200 W,扫描速度1200 mm/s,光斑直径0.1 mm,粉末厚度0.03 mm为最佳加工参数。根据优化参数通过SLM加工制造了不同孔隙结构的Ti6Al4V样件,通过扫描电镜观察发现,在该工艺下加工出的多孔结构具有较好的保真度。通过压缩实验,比较分析实心及不同孔隙结构的抗压强度及弹性模量,得出复合结构作为种植体的结构模型可以更好满足种植体的力学性能要求。 展开更多

关键词 激光选区融化技术 TI6AL4V合金 多孔结构 力学性能

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