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oe1(光电查) - 科学论文

11 条数据
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  • 合金718激光金属粉末定向能量沉积的微观结构建模

    摘要： 采用多组分多相场建模方法并结合相变动力学模型，对718合金激光金属粉末定向能量沉积过程及后续热处理中的微观组织演变进行了模拟。利用实验测温数据预测了逐层添加过程中的组织演化，特别针对合金元素偏聚以及Laves相和δ相的形成进行了建模。将预测的元素浓度代入相变动力学模型，推算了718合金连续冷却转变(CCT)图和时间-温度-转变(TTT)图的变化规律。模拟结果与实验观测到的微观组织相变具有良好的一致性。研究表明，该方法既能深化工艺认知，又可为包含后续热处理的工艺开发提供重要工具。

    关键词： 建模、热处理、相场法、热循环、定向能量沉积

    更新于2025-11-21 11:18:25

  • 激光粉末定向能量沉积过程中同轴粉末流的数值模拟

    摘要： 基于激光粉末的定向能量沉积（DED）工艺已在零件制造、修复和原型制作中得到广泛应用并日益普及。该工艺通过同步输送目标材料粉末与激光束，为材料沉积提供了有效途径。过程中发生的复杂物理现象对工艺成败具有重要影响，其中粉末流及其与激光束的相互作用尤为关键。本文开发了描述同轴粉末流及其与激光束相互作用的新综合数值模型，采用雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方法处理湍流连续气体流动，运用离散相模型（DPM）描述粉末动态行为，并采用双向耦合方法计算气粉间动量传递。针对粉末流建立了新的热力学模型，通过创新性数值子模型模拟粉末流与高斯激光束的相互作用。所得粉末流计算结果与已发表文献中的实验数据吻合良好。

    关键词： 激光束，定向能量沉积，同轴粉末流，数值建模

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 采用激光工程化净成形技术（LENS?）对Al 5xxx合金进行定向能量沉积

    摘要： 本文采用激光工程化净成形技术（LENS?）实现了类锻态Al 5xxx系AlMg合金的定向能量沉积（DED）。研究发现，由于镁的选择性蒸发，沉积材料从Al 5083气雾化粉末原料转变为具有Al 5754特性的组织。通过X射线显微计算机断层扫描（μ-CT）与阿基米德法测得的密度值进行对比，后者显示相对密度高达99.26%，并探讨了孔隙的可能成因。沉积材料由等轴晶和柱状晶组成，无择优晶体取向，平均晶粒尺寸为36微米。结合数字图像相关技术（DIC）的单轴拉伸试验测定了杨氏模量、屈服应力、抗拉强度、断裂应变、泊松比及总极限应变能（韧性），辅以断口形貌分析验证力学性能。采用脉冲回波超声无损检测方法更精确地获取杨氏模量和剪切模量数值，并据此校准屈服强度值。实测力学性能符合国际标准中退火态锻制Al 5754合金的要求。

    关键词： 增材制造（AM）、力学性能、微计算机断层扫描（μ-CT）、激光工程化净成形（LENS?）、定向能量沉积（DED）、铝合金

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 激光辅助加工DED增材制造的Ti-6Al-4V合金

    摘要： 近年来，集定向能量沉积（DED）增材制造（AM）技术与减材制造（SM）于一体的复合机床商业化进程迅速推进。该技术趋势旨在满足市场对加工质量（精度）与生产率的需求，用于生产轻量化部件、复杂特殊功能部件，并助力模具制造与零件修复。相较于SM技术，金属AM技术在表面质量与形状精度方面存在局限，因此AM产出需进行后处理。激光辅助加工（LAM）是一种创新复合工艺，通过提升难切削材料的可加工性来改善表面质量与生产率。现有LAM研究主要集中于钛合金、镍基合金及陶瓷材料，但除陶瓷外，尚未有针对AM工艺制成工件开展LAM过程加工特性的高强度材料研究。本研究将LAM应用于Ti-6Al-4V的AM产出后处理，采用金属粉末喂料器与激光器开发了DED装置，经多次试验成功制备Ti-6Al-4V工件。通过LAM热分析选定工件的切削深度，对比传统无预热加工工况，分析了LAM实验中的加工特性并进行了性能测试。

    关键词： 加工特性，增材制造，定向能量沉积，Ti-6Al-4V，激光辅助加工

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 使用绿色激光源在不同金属上进行铜的激光金属沉积

    摘要： 与更常见的红外激光相比，绿色激光源因吸收率提升而在铜加工中具有优势。研究人员采用绿色激光对铜、铝、钢和钛合金等不同基材金属进行了铜激光金属沉积实验，并通过高速成像进行观测。研究综合分析了激光功率、熔覆速度、粉末送进速率等工艺参数，以及吸收率、表面状态和热导率等材料特性对熔池尺寸形貌及材料熔化功率占比的影响机制。结果表明：铜基材熔池最小且角度最大，其次为铝、钢和钛合金；粉末颗粒在熔池中的融入时间因基材而异，这与表面张力、熔点和密度等材料属性相关；熔池氧化层会显著影响粉末融入（铝基材尤为明显）。计算得出表面纯熔化功率占比下限值分别为：铜基材0.73%、铝基材2.94%、钢基材5.95%、钛合金基材9.78%，该数值与基材热导率强相关。铜壁构建时的该占比达2.66%（显著高于单道熔覆），这是由于工件整体受热减少所致。本研究结论可推广至金等其他低吸收率金属。

    关键词： 多材料、定向能量沉积、高速成像、激光金属沉积、铜、绿色515纳米激光、激光金属沉积、粉末颗粒掺入、增材制造、定向能量沉积、吸收率

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 超越工具路径：基于激光送丝的定向能量沉积中，通过特定位置的熔池尺寸控制实现超工具路径几何结构的打印

    摘要： 金属增材制造（AM）中已采用多种技术进行熔池尺寸管理，包括建模和前馈控制方法。少数研究展示了闭环控制的应用。本研究针对基于激光送丝的大规模定向能量沉积工艺，提出一种创新改进方案来实现熔池尺寸的闭环控制——通过在触发点对控制器设定值进行定点调整，这些触发点由次级几何图形向主三维（3D）打印组件几何体的投影生成。本研究表明，该技术能够打印出超出打印头实际路径的特定几何结构（称为"超路径几何体"），这与金属增材制造中其他生成组件特征的方法存在本质区别。实验验证环节展示了在Ti-6Al-4V材质的常规双道壁结构上压印复杂橡树叶几何图案的原理验证案例。研究主要从控制角度介绍了该工艺特性，报告了控制系统性能、熔池尺寸响应及最终成形几何体的相关数据，并探讨了该技术除实现焊道几何局部控制外，在缺陷抑制和组件性能功能梯度调控等方面的潜在应用价值。

    关键词： 闭环控制、激光、金属、定向能量沉积、增材制造、3D打印、钛、定点、熔池尺寸

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 工艺参数与沉积策略对316L粉末激光金属沉积的影响

    摘要： 在吹粉增材制造技术中，所构建部件的几何稳定性较传统粉末床工艺更为复杂。因此，为选择最适宜的工艺参数，研究单个金属熔滴的形成形态与特性，以及扫描轨迹对邻近熔滴的影响至关重要。本研究提出了一种确定激光金属沉积工艺窗口的方法，并探究了工艺参数对圆形钢样几何形状的影响，同时分析了扫描策略对沉积部件的作用。该研究揭示了获得最佳熔池形态的重要性，证明激光功率与扫描策略不仅显著影响最终构件的形状，更对其力学性能产生关键作用。

    关键词： 钢材、增材制造、熔池、重叠、扫描策略、定向能量沉积、AISI 316L

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 激光粉末定向能量沉积中材料添加与轨迹生成的物理驱动演化混合建模

    摘要： 定向能量沉积（DED）是生产大型金属部件最具前景的增材制造技术之一，因其具备向现有零件添加材料的能力。然而该技术目前尚未达到工业生产成熟度，主要由于工艺参数的确定可能极为复杂。本研究提出了一种原创的激光粉末DED物理关联混合解析-数值模型，可快速评估不同工艺参数组合对熔道沉积效果的影响。该模型通过回归分析解析模型与新型单元激活策略的协同作用，将沉积材料体积建模为工艺参数的函数。我们在有限元软件中实现该模型，并通过对比文献实验数据评估其预测能力。预测结果与熔池实验尺寸呈现合理相关性，证明当引入能确保沉积熔道与基材充分结合的特定工艺参数组合时，该模型可用于预测目的。

    关键词： 激光粉末沉积、有限元模型、热分析、定向能量沉积、增材制造

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 激光增材制造对奥氏体和马氏体不锈钢微观结构及晶体织构的影响

    摘要： 基于定向能量沉积（DED）技术的粉末送进式激光增材制造（LAM）通过逐层3D打印工艺制备了S316-L奥氏体与S410-L马氏体不锈钢构件。通过电子背散射衍射（EBSD）分析、硬度压痕及拉伸测试研究了其微观组织特征与晶体织构组分，并与商用轧制奥氏体/马氏体不锈钢板材进行对比。LAM工艺制备的奥氏体结构呈现显著的<100>晶向凝固织构（J指数约11.5），而商用轧制奥氏体板材J指数仅约2.0——该织构源于每层中部等轴晶形成及后续逐层沉积时的柱状晶生长。LAM制备的马氏体钢则表现出极强择优取向（J指数17.5），其α相中粗大马氏体板条主要呈现<011>//{111}主导织构组分，这主要受逐层沉积过程中相变控制。相比之下，商用马氏体板材由无择优取向的完全随机等轴晶构成。对于奥氏体钢，LAM沉积导致拉伸强度、硬度及延展性等力学性能显著劣化，较商用轧制板材延展性损失约50%，这归因于铸造/凝固组织特征。而马氏体不锈钢构件经LAM制造后，在牺牲延展性的前提下实现了机械强度大幅提升（超过两倍），这是由于高冷却速率下的马氏体相变所致。

    关键词： 定向能量沉积（DED）、激光增材制造（LAM）、晶体织构、S316-L奥氏体不锈钢、S410-L马氏体不锈钢

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 激光金属沉积中用于高度监测的同轴激光三角测量法

    摘要： 高度参数控制在激光金属沉积（LMD）工艺中起着至关重要的作用。沉积高度增量与工艺生长速率不匹配会导致几何精度偏差及碰撞问题。本文提出一种基于三角测量的在线监测方法，用于由同轴沉积头、拟人机器人和光纤激光器组成的LMD系统高度监测。测量装置集成于沉积头内部，通过同轴喷嘴发射探测激光束，并根据离焦距离将光斑聚焦于熔池不同位置。通过同轴相机采集探测光斑位置并转换为相对高度值。该系统在AISI 316L不锈钢沉积过程中实现了数毫米范围内的距离测量，其不依赖沉积方向的高度监测方法具有高度灵活性。

    关键词： 增材制造、光学监测、定向能量沉积、激光三角测量

    更新于2025-09-12 10:27:22