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采用前馈控制优化激光粉末床熔融增材制造中复杂几何形状的工艺
摘要： 增材制造（AM）能够制造出其他工艺难以实现的复杂结构。激光粉末床熔融（LPBF）技术制造的金属零件可集成精细设计特征并展现出优异的力学性能。然而，要获得符合预期应用要求的合格零件，通常需要多次打印和报废才能消除缺陷、提升尺寸精度并增强重复性。通过反复迭代确定合适工艺参数的过程，显著增加了功能性LPBF零件的制造时间和成本。本文提出一种适用于任意几何形状的快速、可扩展的零件级工艺优化方法。该计算方法通过特征提取识别需要参数调整的扫描矢量，并应用基于模拟的前馈控制模型结果。该方法构建了一个框架：通过有针对性地应用不同保真度的模型组合，结合将优化策略自动迁移至新零件设计的过程，实现复杂零件的快速优化。文中阐述了计算方法和算法框架，开发了软件包，将该方法应用于含复杂特征的零件，并在定制化开源架构LPBF设备上完成了零件打印。
关键词： 控制，直接金属激光烧结，直接金属激光熔化，优化，3D打印，增材制造，粉末床熔融
更新于2025-09-23 15:21:01
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选择性激光熔化过程中扫描策略对增材制造Ti-6Al-4V表面形貌、孔隙率和显微组织的影响
摘要： 研究了选择性激光熔化（SLM）Ti-6Al-4V过程中扫描策略的影响。将优化的蜂窝状扫描策略（岛状扫描建模）与简单蜂窝状扫描策略（岛状扫描条纹）及简单的反向平行线扫描策略（线扫描）进行对比。通过光学三维（3D）表面测量研究表面纹理，结合光学显微镜（LOM）观察发现构建过程中的热应力会导致形变。边缘效应造成的凸起边缘主导了所有试样的表面纹理。扫描策略决定表面纹理，其中线扫描策略获得的表面粗糙度最低。采用X射线计算机断层扫描成像研究孔隙率，线扫描和岛状扫描建模试样主要呈现球形孔隙，而岛状扫描条纹策略显示出更多未熔合缺陷且总孔隙量更高。通过LOM和扫描电子显微镜（SEM）研究微观结构，Ti-6Al-4V的微观结构主要为马氏体α'和先前的β晶粒。不同扫描策略的形态各异，在岛状扫描试样底部观察到α'分解为层状α/β的现象，相应地该试样分解区域的硬度降低。
关键词： 扫描策略、孔隙率、表面形貌、选区激光熔化、粉末床熔融、微观结构、SLM、Ti-6Al-4V
更新于2025-09-23 15:21:01
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利用卷积神经网络检测选择性激光烧结中的粉末床缺陷
摘要： 粉末床熔融（PBF）工艺中的缺陷会导致成型零件出现瑕疵。粉末床缺陷（PBDs）具有不同尺寸、形状且出现在构建区域的不同位置，这些差异给检测带来巨大挑战。本研究采用深度卷积神经网络检测选择性激光烧结（SLS）工艺中三种典型PBDs（通过改变工艺参数人为生成的翘曲、零件偏移和供粉不足），使用数码相机采集粉末床图像并分解为对应彩色图像三通道的单通道图像，随后通过深度残差神经网络提取多尺度特征，采用区域提议网络检测物体级缺陷边界框，最后提出全卷积神经网络生成边界框内的实例级缺陷区域。结果表明，与既往缺陷检测方法相比，本方法具有更高精度和效率，能应对几何畸变和图像模糊问题，且检测系统成本效益高，可轻松安装在PBF系统腔室外。本研究为增材制造多种自动化技术（如实时粉末层质量检测和成品三维质量证书生成）奠定了基础。
关键词： 缺陷，神经网络，选择性激光烧结，粉末床熔融，检测
更新于2025-09-23 15:21:01
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铝合金纳米颗粒激光增材制造中凝固动力学与颈部生长的分子动力学模拟
摘要： 激光增材制造是一种通过熔合粉末颗粒逐层构建部件的先进制造工艺。该过程具有多面性，理解粉末颗粒在加工过程中结合的底层物理机制至关重要，这直接影响构建部件的结构和力学性能。本研究针对激光增材制造过程中预合金化铝合金（AlSi10Mg）颗粒的结合现象，建立了经典分子动力学（MD）模型。通过改变激光能量密度（7-17 J/mm2），该模型用于研究不同粒径配对颗粒的颈部生长与结合动力学。模拟结果表明：相比等粒径颗粒，非等粒径颗粒能实现完全结合；且AlSi10Mg颗粒的颈部生长速率随激光能量密度增加而提升。本研究表明，AlSi10Mg纳米颗粒的结合动力学主要受表面扩散、体积扩散及颗粒结合过程中的表面能降低机制支配。该分析将为新部件打印的工艺参数设计与质量控制提供指导准则。
关键词： 分子动力学、激光增材制造、聚结、激光能量密度、粉末床熔融
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过激光粉末床熔融增材制造实现Ti6Al4V微结构功能梯度材料单步成型工艺
摘要： 本研究的目标是：(1)验证仅使用线性能量输入是否足以预测Ti6Al4V的最终显微组织；(2)展示采用粉末床熔融技术制备功能梯度材料单步工艺的潜力。在激光粉末床熔融中，线性能量输入定义为激光功率与扫描速度之比，是描述单位能量输入的关键工艺参数，因此该参数常与最终显微组织相关联。但现有研究表明，当采用相似线性能量输入时，力学性能仍存在显著差异。本研究通过五个区域按比例调整激光功率和扫描速度制备了功能梯度试样，各区域其他参数保持一致，测得了五个区域显微组织和硬度的变化情况，证明线性能量输入不足以决定最终显微组织和力学性能。激光功率与扫描速度的幅值会影响最终显微组织，未来研究需单独考虑这些参数。
关键词： 线性热输入，功能梯度材料，Ti6Al4V，微观结构，粉末床熔融
更新于2025-09-23 15:21:01
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金属打印机激光粉末床熔融技术的改进综述
摘要： 增材制造（AM）是近年来在技术和应用方面取得显著进步的新兴工艺。本技术综述探讨了金属激光粉末床熔融（LPBF）领域的新工业进展。在电子束粉末床熔融、直接能量沉积、粘结剂喷射和薄片层压等所有金属增材制造工艺中，LPBF的构建速率最低。当前研究表明，LPBF打印机的创新方向与未来发展趋势主要集中于：通过采用可更换原料仓、闭环控制粉末处理、自动化粉末筛分、多层同步打印、双轴铺粉和多粉末料斗等技术提升工艺速度。为提高加工速度，最新改进方案包括优化物料转移时间与使用高速激光器。LPBF打印机构建技术的另一项创新是通过以下方式提升零件质量：采用更小光束直径的激光器、多激光系统、均匀惰性气流、精密定位系统、高真空环境以及传感器与自动化技术的应用。
关键词： 工业改进，增材制造，激光，粉末床熔融
更新于2025-09-23 15:21:01
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采用激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造的玻璃/氧化铝复合材料初步表征
摘要： 粉末床熔融（PBF）增材制造（AM）技术目前被用于生产多种应用领域的高效、高密度、高性能产品。然而现有AM方法仅适用于金属材料，无法加工高熔点陶瓷。本研究通过激光熔融技术在玻璃材料中添加Al2O3，开发出适用于PBF AM的复合材料。我们在合成玻璃粉中分别加入Al2O3和黑色颜料以提升复合强度与激光吸收率。样品分析表明，该混合物经激光辐照后玻璃熔融形成复合材料。为提高烧结密度，我们将样品在750°C进行热处理以合成高密度玻璃粉复合材料。X射线衍射（XRD）分析证实玻璃粉与Al2O3未发生反应。最终获得理论密度≥95%的高致密样品。通过评估不同Al2O3含量对复合材料力学性能的影响，本方法实现了利用玻璃材料通过PBF AM制造陶瓷三维结构，具有降低工艺成本、提升性能、拓展新功能及增加附加值的显著优势。
关键词： 密度、粉末床熔融、增材制造、机械性能、3D打印、玻璃/氧化铝复合材料
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过激光粉末床熔融增材制造生产的工具；通过激光基粉末床熔融增材制造生产的生产工具；
摘要： 本文研究了金属板件冲压模具与塑料件注塑模具的设计与制造。本研究采用激光粉末床熔融（LPBF）增材制造技术，经认证的DIN 1.2709（马氏体时效钢）3D打印实体及拓扑优化冲压模具可压制厚度达2毫米的热镀锌DP600双相钢板材。某级进模中用于压制1毫米厚热镀锌DP600的工作站冲头采用蜂窝内结构及拓扑优化的DIN 1.2709材料3D打印，均取得成功效果。3D打印显著缩短了制造周期并提高了模具材料利用率，但其成本高于传统制造方式。注塑模具型芯（镶件）采用DIN 1.2709材料3D打印核心部件，配合优化的随形冷却系统（使用Uddeholm AM Corrax材料3D打印），与传统型芯对比显示：当采用Uddeholm AM Corrax材料优化并3D打印注塑型芯（镶件）时，可有效改善冷却效果并缩短成型周期。本文详述了上述研究的实验结果。
关键词： 设计、注塑成型、模具、冲压、粉末床熔融、优化、拓扑、金属、增材制造、冷却
更新于2025-09-23 15:19:57
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具有连续可调功率的激光控制系统设计及其在增材制造中的应用
摘要： 系统会自动调整激光位置。本文还将探讨激光控制技术的发展，这些先进技术能够实现对加工过程更高水平的控制——该过程高度依赖于对聚合物熔体热力学的理解与调控，从而获得更均匀的制件。目前市场上尚无适用于振镜加工的商用连续可调功率激光控制器。选择性激光烧结（SLS）技术面临的最大挑战之一就是工艺控制不足，这导致制件差异性相对较高。实践证明，通过实施更多制造工艺，该技术在航空航天、生物医疗、模具制造、原型开发等领域具有广泛应用前景。SLS技术采用高能激光选择性熔融粉末聚合物，无需模具即可制造出独特且功能性强的零部件，材料浪费极少。作为最受欢迎的工业聚合物增材制造技术之一，选择性激光烧结（SLS）通过实施与现成设备协同工作的振镜控制器解决方案，实现了这一关键功能。本文研究表明，当应用于激光烧结（SLS）增材制造时...（后续内容为前序研究的延续，该研究曾开发出SLS激光功率控制方法以提升制件一致性[1]，先前方案能使SLS制件温度均匀性提升高达57%，强度均匀性提升高达45%。粉末床熔融）
关键词： 激光控制、增材制造、代理建模、粉末床熔融、过程控制
更新于2025-09-23 15:19:57
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激光功率和扫描速度对增材制造AISI H13工具钢微观结构特征及致密化影响评估
摘要： 增材制造能以比传统加工更少的步骤生产复杂几何形状的零部件，从而降低成本并提高产品质量。其中一个潜在应用是生产具有随形冷却功能的模具，用于注塑、压铸和锻造。AISI H13工具钢因其高温高硬度、高耐磨性和良好韧性，通常被用于这些场景。但目前关于H13钢增材制造工艺的研究数据仍然有限。因此，本研究聚焦于粉末床熔融工艺加工H13工具钢的可行性及其微观结构表征。通过改变激光功率（97-216 W）和扫描速度（300-700 mm/s），评估了零件的致密化效果、常见缺陷、凝固组织、微观结构及硬度。在测试参数范围内，微观结构特征基本一致，主要呈现胞状凝固组织。胞状/枝晶凝固结构显示出C、Cr和V元素向胞壁偏聚的现象。热循环形成了硬度与微观结构略有差异的交替热影响层。残余奥氏体与凝固结构相关，并呈现{001}//构建方向的择优取向。通过氦气比重法和光学显微镜分别获取密度与孔隙分布图谱，结合线性裂纹密度共同确定H13工具钢的适宜加工参数。通过测量热扩散率、导热系数和热容值确定无量纲加工参数，并与文献报道数据进行对比。
关键词： 残余奥氏体、粉末床熔融、增材制造、随形冷却、工艺参数
更新于2025-09-23 15:19:57