激光粉末床熔融(laser powder bed fusion, LPBF)技术作为金属增材制造领域的前沿工艺,已被成功应用于航空航天等高端制造领域。然而多物理场强耦合效应易引发熔池动态失稳,导致制件内部孔隙缺陷频发,严重影响成形质量稳定性。传统监测...激光粉末床熔融(laser powder bed fusion, LPBF)技术作为金属增材制造领域的前沿工艺,已被成功应用于航空航天等高端制造领域。然而多物理场强耦合效应易引发熔池动态失稳,导致制件内部孔隙缺陷频发,严重影响成形质量稳定性。传统监测手段受限于成本高、部署困难等瓶颈,难以满足工业化生产需求。为此,提出声发射-深度学习融合的在线监测与内部质量智能判别方法。研制了基于声发射传感器的LPBF过程在线监测系统,通过工艺过程全周期声发射信号监测揭示声发射信号特征与成形质量间的映射规律,构建了包含逾8万组样本的熔池声发射数据。针对熔池微弱波动特征提取难题,构建了基于自适应傅里叶神经算子(AFNO)的频域特征提取网络和Kolmogorov-Arnold网络(KAN)的高维特征映射分类器,通过多尺度时域特征融合机制解析熔池动态特性,并借助高维流形精确映射高维特征,实现了声发射信号中微弱波动特征的增强表征和高精度质量判别。试验结果表明:研制的监测系统可有效捕获熔池的动态行为,所提方法质量判别精度达97%以上。展开更多
激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,L-PBF)是金属增材制造领域中最重要的技术之一,被广泛应用于航空航天、生物医疗和工业模具等领域。目前,LPBF正朝着大尺寸、高效率、高精度和高性能方向发展。然而,该技术仍面临一些瓶颈,如零...激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,L-PBF)是金属增材制造领域中最重要的技术之一,被广泛应用于航空航天、生物医疗和工业模具等领域。目前,LPBF正朝着大尺寸、高效率、高精度和高性能方向发展。然而,该技术仍面临一些瓶颈,如零件内部缺陷、残余应力以及热历史控制等问题。为了提升LPBF技术的金属零件制造能力,新装备、新工艺不断涌现。文章分析了现阶段LPBF先进装备及工艺技术,包括光束整形技术、多光束分区拼接技术、同幅面多光束复合技术、区域3D打印技术、多材料打印技术和在线监测辅助技术;以及无支撑打印工艺、层间改性工艺、多场辅助成形工艺和机器学习辅助性能预测工艺,总结了LPBF装备与工艺的技术优缺点,并展望LPBF技术的未来发展方向。展开更多
IN718高温合金因其优异的抗氧化性和抗热腐蚀性、良好的疲劳性能、组织稳定性及安全可靠性等综合性能,广泛应用于航空航天、核工业等领域,是新一代先进航空发动机热端构件不可替代的材料之一。激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,L...IN718高温合金因其优异的抗氧化性和抗热腐蚀性、良好的疲劳性能、组织稳定性及安全可靠性等综合性能,广泛应用于航空航天、核工业等领域,是新一代先进航空发动机热端构件不可替代的材料之一。激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)技术作为近年来发展迅速的新型快速成形技术,突破传统成形技术和结构设计束缚,实现复杂薄壁构件的一步激光近净成形,展现出广阔的应用前景。然而在激光增材制造成形过程中,薄壁表面的激光输入能量较大,易出现翘曲变形和裂纹,严重影响其服役性能。针对以上问题,本工作概述LPBF技术的工作原理及研究动态,系统分析LPBF成形IN718高温合金薄壁的跨尺度微观组织演化特征及析出相演变行为,重点梳理缺陷萌生和扩展机制,从优化结构设计、激光成形工艺参数、合金成分等多方面对缺陷抑制进行归纳,分析探讨IN718高温合金薄壁室温与高温力学性能的强化机制。最后,总结LPBF成形高温合金薄壁存在严苛环境下关键性能不足等问题并展望未来发展方向,其中包括:建立适合高温合金薄壁的激光成形工艺数据库;研究LPBF成形高温合金薄壁凝固缺陷形成及调控新方法;优化高性能高温合金薄壁构件材料化学成分。展开更多
M2高速钢是制备高性能精密切削刀具的重要材料之一。基于激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,L-PBF)技术在300℃较高基板预热温度下成型了无层间裂纹的M2钢,并研究了扫描参数对致密度、微观组织、硬度及磨损性能的影响。结果表明:...M2高速钢是制备高性能精密切削刀具的重要材料之一。基于激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,L-PBF)技术在300℃较高基板预热温度下成型了无层间裂纹的M2钢,并研究了扫描参数对致密度、微观组织、硬度及磨损性能的影响。结果表明:激光功率与扫描速度分别为260 W和0.8 m·s^(-1)时,M2钢的致密度在99.4%以上;微观组织主要由细小等轴状铁素体与大量条片状(长度约10μm)马氏体、下贝氏体构成,未见常规网状粗大共晶碳化物,下贝氏体形成的主要原因是高基板预热温度使得试样在快速冷却过程中能在一定时间内维持马氏体转变点(<200℃)以上温度,且热输入增加会提高下贝氏体的含量;高致密度M2钢的硬度(813.2HV0.3)稍低于淬回火锻造母材,但抗压强度(3.51 GPa)和压缩延展性(32%)与母材相当,同时还呈现出优异的耐磨损性能,其磨损率(3.98×10^(5)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1))较母材降低了36.1%。展开更多
铝合金激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)增材制造是实现高端装备关键构件轻量化、复杂化、整体化成形的重要手段。然而目前LPBF成形高强铝合金面临裂纹难抑制、强度难提升的技术挑战。通过构建Al-Ce-Ni三元共晶体系与Ti、Z...铝合金激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)增材制造是实现高端装备关键构件轻量化、复杂化、整体化成形的重要手段。然而目前LPBF成形高强铝合金面临裂纹难抑制、强度难提升的技术挑战。通过构建Al-Ce-Ni三元共晶体系与Ti、Zr元素孕育处理方法,提出了一种适用于LPBF工艺的新型无裂纹高强铝合金,研究了Al-Ce-Ni-Zr-Ti合金的LPBF工艺优化、显微组织和拉伸性能。发现激光能量密度区间在71.4~87.5 J/mm^(3)内时打印无裂纹、未发生明显翘曲变形,铝基体中形成了Al_(11)Ce_(3)和Al_(3)Ni强化相,同时析出的Al_(3)(Ti,Zr)粒子显著促进了晶粒细化与等轴化,极限抗拉强度达(550.33±20.55)MPa,屈服强度达(401.67±17.79)MPa,伸长率4.68%±0.12%。展开更多
随着航空航天工业的快速发展,人们对高性能耐热铝合金的需求逐渐增加。为了实现复杂构件的一体化成型,激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion,L-PBF)增材制造技术成为目前的研究热点。相比传统铸造成型,采用激光粉末床熔融增材制造的...随着航空航天工业的快速发展,人们对高性能耐热铝合金的需求逐渐增加。为了实现复杂构件的一体化成型,激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion,L-PBF)增材制造技术成为目前的研究热点。相比传统铸造成型,采用激光粉末床熔融增材制造的构件具有更优异的综合性能。目前,对L-PBF增材制造传统高强韧铝合金已开展较为深入的研究,而针对耐热铝合金的研究还处于起步阶段。本综述首先介绍了激光粉末床熔融增材制造技术的特点,随后总结了近年来针对耐热铝合金体系及相应高温性能的研究,对目前存在的问题与难点进行了概括,最后对未来的主要研究方向进行了展望。展开更多
文摘激光粉末床熔融(laser powder bed fusion, LPBF)技术作为金属增材制造领域的前沿工艺,已被成功应用于航空航天等高端制造领域。然而多物理场强耦合效应易引发熔池动态失稳,导致制件内部孔隙缺陷频发,严重影响成形质量稳定性。传统监测手段受限于成本高、部署困难等瓶颈,难以满足工业化生产需求。为此,提出声发射-深度学习融合的在线监测与内部质量智能判别方法。研制了基于声发射传感器的LPBF过程在线监测系统,通过工艺过程全周期声发射信号监测揭示声发射信号特征与成形质量间的映射规律,构建了包含逾8万组样本的熔池声发射数据。针对熔池微弱波动特征提取难题,构建了基于自适应傅里叶神经算子(AFNO)的频域特征提取网络和Kolmogorov-Arnold网络(KAN)的高维特征映射分类器,通过多尺度时域特征融合机制解析熔池动态特性,并借助高维流形精确映射高维特征,实现了声发射信号中微弱波动特征的增强表征和高精度质量判别。试验结果表明:研制的监测系统可有效捕获熔池的动态行为,所提方法质量判别精度达97%以上。
文摘激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,L-PBF)是金属增材制造领域中最重要的技术之一,被广泛应用于航空航天、生物医疗和工业模具等领域。目前,LPBF正朝着大尺寸、高效率、高精度和高性能方向发展。然而,该技术仍面临一些瓶颈,如零件内部缺陷、残余应力以及热历史控制等问题。为了提升LPBF技术的金属零件制造能力,新装备、新工艺不断涌现。文章分析了现阶段LPBF先进装备及工艺技术,包括光束整形技术、多光束分区拼接技术、同幅面多光束复合技术、区域3D打印技术、多材料打印技术和在线监测辅助技术;以及无支撑打印工艺、层间改性工艺、多场辅助成形工艺和机器学习辅助性能预测工艺,总结了LPBF装备与工艺的技术优缺点,并展望LPBF技术的未来发展方向。
文摘IN718高温合金因其优异的抗氧化性和抗热腐蚀性、良好的疲劳性能、组织稳定性及安全可靠性等综合性能,广泛应用于航空航天、核工业等领域,是新一代先进航空发动机热端构件不可替代的材料之一。激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)技术作为近年来发展迅速的新型快速成形技术,突破传统成形技术和结构设计束缚,实现复杂薄壁构件的一步激光近净成形,展现出广阔的应用前景。然而在激光增材制造成形过程中,薄壁表面的激光输入能量较大,易出现翘曲变形和裂纹,严重影响其服役性能。针对以上问题,本工作概述LPBF技术的工作原理及研究动态,系统分析LPBF成形IN718高温合金薄壁的跨尺度微观组织演化特征及析出相演变行为,重点梳理缺陷萌生和扩展机制,从优化结构设计、激光成形工艺参数、合金成分等多方面对缺陷抑制进行归纳,分析探讨IN718高温合金薄壁室温与高温力学性能的强化机制。最后,总结LPBF成形高温合金薄壁存在严苛环境下关键性能不足等问题并展望未来发展方向,其中包括:建立适合高温合金薄壁的激光成形工艺数据库;研究LPBF成形高温合金薄壁凝固缺陷形成及调控新方法;优化高性能高温合金薄壁构件材料化学成分。
文摘铝合金激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)增材制造是实现高端装备关键构件轻量化、复杂化、整体化成形的重要手段。然而目前LPBF成形高强铝合金面临裂纹难抑制、强度难提升的技术挑战。通过构建Al-Ce-Ni三元共晶体系与Ti、Zr元素孕育处理方法,提出了一种适用于LPBF工艺的新型无裂纹高强铝合金,研究了Al-Ce-Ni-Zr-Ti合金的LPBF工艺优化、显微组织和拉伸性能。发现激光能量密度区间在71.4~87.5 J/mm^(3)内时打印无裂纹、未发生明显翘曲变形,铝基体中形成了Al_(11)Ce_(3)和Al_(3)Ni强化相,同时析出的Al_(3)(Ti,Zr)粒子显著促进了晶粒细化与等轴化,极限抗拉强度达(550.33±20.55)MPa,屈服强度达(401.67±17.79)MPa,伸长率4.68%±0.12%。
文摘随着航空航天工业的快速发展,人们对高性能耐热铝合金的需求逐渐增加。为了实现复杂构件的一体化成型,激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion,L-PBF)增材制造技术成为目前的研究热点。相比传统铸造成型,采用激光粉末床熔融增材制造的构件具有更优异的综合性能。目前,对L-PBF增材制造传统高强韧铝合金已开展较为深入的研究,而针对耐热铝合金的研究还处于起步阶段。本综述首先介绍了激光粉末床熔融增材制造技术的特点,随后总结了近年来针对耐热铝合金体系及相应高温性能的研究,对目前存在的问题与难点进行了概括,最后对未来的主要研究方向进行了展望。
