粉末激光烧结技术在波音公司的成功应用

原理、设备和材料粉末激光烧结技术是近年来迅速发展的一种快速成形和快速制造技术,特别是在航空工业领域具有广阔的应用前景。选择性粉末激光烧结(SelectiveLaserSintering,SLS)的基本原理是以激光束为能源,将粉箱表面一层的粉末(塑料、金属或树脂砂)按照制件的轮廓截面进行烧结固化后,升降台下降一层高度(通常是0.1mm,也可以根据需要设为0.05mm),铺粉辊再铺一层新粉末,然后不断重复这一过程,直至制作完毕,其工作原理如右图所示。美国3DSystems公司今年6月和9月先后推出2种最新的Sin-terstationPro设备,2种型号的差别主要是成形空间的…     

激光功率与底面状态对选区激光熔化球化的影响

为研究激光功率与底面状态对选区激光熔化熔池流动的影响，基于离散单元法建立了选区激光熔化铺粉模型，采用粒径分布与实验相符的马氏体时效钢粉末分别铺展到平坦底面和增材底面上，将计算获得的粉末分布导入到基于有限体积法建立的选区激光熔化熔池计算流体力学模型中，研究激光功率和基板底面粗糙度对熔池流动和熔道表面形貌的影响。采用激光单道扫描实验验证铺粉模型和选区激光熔化模型。结果表明：随着激光功率的降低，单位长度的球化数量增加；由于增材底面使熔池润湿性变差，同时又对熔池流动行为产生扰动，使得增材粗糙底面上熔道的球化数量增加。选区激光熔化铺粉模拟及激光单道扫描模拟结果与实验结果吻合较好。本研究可为选区激光熔化工艺中工艺参数的选择提供理论指导。     

多组分铜基金属粉末选区激光烧结试验研究

对自行设计制备的多组分铜基金属粉末(组分包括纯Cu粉末、预合金CuSn和CuP粉末)进行了激光烧结实验。工艺研究结果表明,该粉末体系在一定的激光参数和铺粉参数条件下,可实现对"球化"效应和翘曲变形的有效控制。利用X射线衍射仪和扫描电镜研究了激光烧结试样的物相、表面形貌和显微组织。结果表明,多组分铜基金属粉末的成形机制为液相烧结机制,粘结金属CuSn熔化形成的液相渗入结构金属Cu颗粒之间,通过液相的"桥接"作用而形成烧结颈,从而充分粘结未熔Cu颗粒;而P元素则起稀释剂的作用,在烧结过程中与氧反应生成CuPO₃,使金属颗粒表面避免氧化。最后给出了激光烧结上述金属粉末制造齿轮的加工实例,其致密度达理论密度的82％,而横向尺寸误差仅为1.9％。     

低密度TiAl粉末合金

低密度ＴｉＡｌ粉末合金日本住友轻金属工业有限公司的技术研究实验室的研究人员开发了一种低密度钛铝金属间化合物粉在合金，它是将钛与铝锰粉末混合并压实成近无余量形状，然后进行反应烧结。此项新技术的关键是在反应烧结过程中进行热等静压。该合金在双层状态下的密度...     

激光选区熔化设备铺粉质量提升实践

在选区激光熔化成形AlSi10Mg合金结构件过程中,铺粉质量直接影响打印件的尺寸和内部质量,尤其是前几层铺粉质量直接决定零件能否打印成功,利用控制粉末与打印基板质量、修磨刮刀、调节刮刀与基板的间隙、优化零件打印工艺性等方法改进铺粉质量,最终达到提高零件3D打印精度及成型质量的效果。     

采用激光熔覆技术生产高速线材轧辊的工艺研究

采用激光熔覆技术生产高速线材轧辊是一种新的轧辊生产工艺.使用大功率CO2激光器,采用同步送粉法,在钢坯表面熔覆厚度适当、性能优异的钴基合金层作为轧辊的工作表面,熔覆层硬度和抗弯强度接近粉末烧结的硬质合金辊环性能.在激光熔覆制造热轧辊的过程中,钴基合金开裂倾向大,解决熔覆层开裂是制造轧辊的关键问题.本课题选取最佳工艺参数及熔覆顺序,采用特制的加热炉进行预热及后热处理,激光熔覆获得了无裂纹的熔覆层,实现了激光熔覆生产热轧辊的目的.     

粉体特性对铜基金属粉末选区激光烧结的影响

 设计制备了多组分铜基金属粉末（组分包括Cu，Cu-10Sn，Cu-8.4P），并基于液相烧结机制实现了粉体激光烧结成形。研究了粉体特性（粉末粒度、颗粒形貌、化学成分、组分比例、及混粉均匀性）对烧结致密度及显微组织的影响。结果表明，粗细粉末共混，并使其具有较宽粒度分布；使用球形或近球形细粉，均能提高粉末松装密度及烧结致密度。元素P能充当脱氧剂而改善润湿性；但若CuP含量多于15％质量分数，会因生成过多磷渣而降低烧结性。提高粘结金属CuSn比例能使烧结致密度得以改善；但若其含量超过30％质量分数，则会导致“球化”效应。提高混粉均匀性，有利于改善烧结致密度和组织均匀性。     

混粉电火花加工搅拌系统的设计

分析了混粉电火花加工粉末颗粒沉降过程，提出了保持混粉浓度均匀一致的搅拌方式，对混粉电火花加工装置工作液箱的搅拌进行了设计，实践验证是实用的．     

亚微米晶NiAl-Al2O3复合材料的制备及其烧结-锻造短流程成形

以Ni粉和Al粉为原料,通过机械合金化和真空热压烧结制备了高致密的NiAl-5％Al2O3(体积分数,下同)复合材料,并利用烧结-锻造技术制成了该材料的前缘模拟件.机械球磨后,粉末颗粒充分细化,Ni和Al发生原位反应,并最终生成NiAl-5％Al2O3复合材料粉末.经1300℃真空热压烧结,获得致密的NiAl-Al2O...     

选区熔化过程多尺度多物理场建模研究进展

选区熔化技术是一种基于粉末床的、能够精确成形复杂零件、调控微观组织和性能的金属增材制造技术,其成形过程的计算机模拟对于生产实践具有重要指导意义。综述了国内外的研究现状,首先介绍选区熔化技术的原理及其特点;然后介绍国内外对选区熔化过程已经开展的计算机模拟技术的研究进展;并进一步重点介绍针对电子束选区熔化过程的多尺度多物理场模型,主要包括:(1)微观尺度电子束与材料相互作用的能量吸收模型;(2)细观尺度从铺粉到粉末加热、熔化、流动、沉积成形全过程的模型;(3)宏观尺度零件成形过程模型。     

等温锻造对Ti-17粉末合金显微组织的影响

采用烧结 等温锻造的方法制备Ti-17粉末合金,对粉末合金制备过程中各工序的密度、显微组织变化规律等进行了试验研究.试验结果表明:经相同条件烧结后,-140目粉末烧结棒材和-80/ 140目粉末烧结棒材分别达到理论密度的98.06%和93.55%,在-80/ 140目粉末烧结棒材显微组织中观察到有大量的残留空隙存在.采用高低温等温锻造工艺能够有效去除粉末合金烧结后残留的空隙,提高合金的密度,使合金的显微组织得到显著细化和均匀化.烧结 等温锻造是制备优质粉末钛合金的有效方法.     

激光烧结快速成形试样强度的研究

研究了激光烧结快速成形试样密度与其静态强度的关系，烧结粉末中粘结剂含量、激光功率、激光束的扫描速度、扫描间隔以及扫描路径对试样弯曲强度的影响，分析了烧结过程中产生翘曲变形的原因，并通过三点弯曲实验测试了烧结试样的抗弯强度。     

压制工艺和粒径对粉末冶金Ti-1Al-8V-5Fe合金组织性能的影响

采用粉末冶金技术以氢化钛（TiH₂）粉和不同粒径的元素粉体为原料制备Ti-1Al-8V-5Fe（Ti-185）合金,研究了压制工艺对不同粒径元素粉制备的Ti-185合金组织及性能的影响。结果表明：当压制压力在800 MPa、保压时间80 s、压制速率为1 mm/s时,Ti-185生坯密度最高,为最佳压制工艺。由粒径较小元素粉制备得到的Ti-185合金晶粒越细小,合金的烧结致密度就越高。粉末粒径越小,烧结过程中合金元素实现合金化需要扩散的距离就越短,越有利于合金力学性能的提高,其中具有最小粒径的样品表现出最高的硬度（43 HRC）和强度（1 438 MPa）。     

覆膜陶瓷粉末变长线扫描激光烧结成形机理研究

介绍了覆膜陶瓷粉末变长线扫描激光烧结成形技术的基本原理,应用变长线扫描激光烧结快速成形机对自行研制的覆膜陶瓷粉末(PCCP1)进行了烧结成形试验.对覆膜陶瓷粉末激光烧结成形动态过程进行了分析研究,并在此基础上建立了覆膜陶瓷粉末变长线扫描激光烧结成形的机理模型.     

置氢TC4钛合金粉末模压成形烧结机构及其动力学

通过建立正四面体的烧结模型,数学推导了置氢钛合金粉末烧结颈与烧结体相对密度的表达式,结合动力学实验研究了置氢TC4钛合金粉末模压成形固结加工过程中的动力学问题。结果表明:置氢TC4钛合金粉末烧结过程中的物质迁移机构由体积扩散为主的迁移机制向体积扩散和晶界扩散共同作用的物质迁移机制过渡,并由此得到了置氢TC4钛合金粉末材料模压成形固结过程的动力学方程,置氢量是影响置氢TC4钛合金粉末烧结体相对密度的最重要因素之一。     

镁-二氧化碳冲压发动机粉末燃料供应特性研究

为了研究镁-二氧化碳冲压发动机粉末燃料供应特性，搭建了粉末流量实时监测系统、高背压模拟系统和粉末喷注可视化实验系统，对所供应粉末流量的准确性和稳定性、不同载气流量下供粉状态和粉末喷注特性等供应性能进行了详细分析。结果表明：采用气固两相流壅塞式供应方式，可以确保供应系统在模拟发动机工作过程中的高背压环境下稳定且精确地供应粉末，实测粉末流量与理论最大偏差4.8%；为保证发动机工作稳定性，燃烧试验应在载气压力稳定阶段开展，此过程中供粉流量仅与活塞速度和粉末装填密度有关；在研究的载气流量范围内，载气流量对供粉流量影响不明显，但对粉末喷注特性有显著影响。粉末喷注速度随载气流量增大而线性增加，同时喷注锥角随载气流量增大则先减小后增大。综合粉末掺混、分散和发动机组织燃烧性能等多方面考虑，为提高模型冲压发动机理论燃烧性能，在后期点火试验中载气流量与粉末流量比可以初步设计在0.68附近。     

陶瓷的选择性激光烧结

选择性激光烧结是９０年代发展起来的新的制造技术，本文简要介绍了它的工作原理，着重论述了陶瓷粉末材料选择性激光烧结的过程和方法，并对与之相关的工艺参数进行了讨论。     

Ni基金属粉末激光快速制造的研究

 采用激光选区烧结的方法,对 Ni基合金混合铜粉末进行了一系列激光烧结试验。从烧结模型入手,分析了烧结过程中出现的现象,讨论了工艺参数对金属粉末烧结成形的影响,初步探索了金属粉末直接烧结成形的基本机理,为金属粉末的激光快速成形制造提供了依据。     

覆膜陶瓷粉末的选择性激光烧结工艺研究及参数优化

研究了选择性激光烧结成形制造过程中激光功率密度、扫描速度、预热温度和激光束扫描间距对烧结成形件致密度的影响,通过正交试验及方差分析,判定了各工艺参数的显著性及其重要性顺序,并给出覆膜陶瓷粉末烧结的最佳工艺参数。     

热压罐成型变厚度层板缺陷研究

以S-2玻璃纤维／环氧648变厚度层板为研究对象，采用热压罐工艺成型，考察了不同铺层方式和阶梯宽度下缺陷的形成情况。研究结果表明，由于厚度梯度的存在，层板中容易产生纤维分布不均、富树脂、孔隙和分层缺陷，这与树脂的二维流动、纤维的滑移和结构的不对称性有关，铺层方式对各种缺陷影响显著。变厚度层板成型过程中倾角减小使得尺寸难以预测和控制，成型过程中应尽量避免树脂的流动。