超快激光3D打印无机材料技术及应用(特邀)

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作者 廖常锐 方浩锐 +3 位作者 朱德志 何智明 陈文涛 王义平 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期64-85,共22页

无机材料因其卓越的机械性能、化学稳定性和耐高温特性,广泛应用于航空航天、电子设备、光学器件等领域。然而,传统无机材料制造方法因工艺复杂、精度不足等限制难以满足高性能器件需求,而飞秒激光三维(3D)打印技术凭借其适用多种材料... 无机材料因其卓越的机械性能、化学稳定性和耐高温特性,广泛应用于航空航天、电子设备、光学器件等领域。然而,传统无机材料制造方法因工艺复杂、精度不足等限制难以满足高性能器件需求,而飞秒激光三维(3D)打印技术凭借其适用多种材料的能力和出色的空间分辨率,为无机微纳结构制造开辟了新路径。近年来,基于无机材料的飞秒激光3 D打印技术取得了重要进展,涵盖有机-无机复合材料和纯无机材料两大工艺。复合材料打印通过将无机成分掺入有机树脂光刻胶,结合双光子聚合技术(TPP)制备高性能结构;纯无机材料打印则直接利用无机前驱体或纳米颗粒,通过激光诱导反应构建无机结构。相比传统工艺,该技术在光学微器件、微机电系统(MEMS)及生命科学等领域展现出显著优势。然而,其在材料选择、加工效率和结构稳定性方面仍面临挑战。本报告系统总结了飞秒激光3D打印无机材料的工艺与应用进展,并深入探讨了其技术瓶颈及解决方案。未来,随着新型光敏材料、共混技术和激光打印方法的发展,该技术有望实现更高效、更精确的微纳制造,并在复杂光纤系统、微纳光子学及生命科学等领域展现更广阔的应用前景。 展开更多

关键词 飞秒激光3d打印 无机材料 光学器件 MEMS传感 生命科学

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激光3D打印技术在产品设计中的应用研究 被引量：7

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作者 黄有望 贾莉 《激光杂志》 北大核心 2018年第8期93-95,共3页

产品日益复杂,同时人们对产品设计质量提出了更高的要求,传统的产品设计技术面临着巨大挑战,激光3D打印技术具有成型精度高、研制时间短等优点,为此本文将激光3D打印技术引入到产品设计中。首先对激光3D打印技术的工作原理进行分析,然... 产品日益复杂,同时人们对产品设计质量提出了更高的要求,传统的产品设计技术面临着巨大挑战,激光3D打印技术具有成型精度高、研制时间短等优点,为此本文将激光3D打印技术引入到产品设计中。首先对激光3D打印技术的工作原理进行分析,然后详细描述了基于激光3D打印技术的产品设计过程,最后与传统技术进行了产品设计效果对比测试。结果表明,激光3D打印技术设计的产品效果好,产品几何尺寸精度更高,大幅度缩短了产品设计的周期,具有更加广泛的应用前景。 展开更多

关键词 3d激光打印 产品设计 几何尺寸 设计周期 快速成型

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激光3D打印方法制备Nb/SiC体系梯度材料的微观组织及反应机理 被引量：10

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作者 李胜男 熊华平 +2 位作者 陈冰清 李能 李万青 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期1-4,28,共5页

采用激光3D打印的方法制备了Nb/SiC体系梯度材料,获得了从纯金属铌逐渐过渡到40%Nb+60%SiC(体积分数)复合层的梯度材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析了梯度复合层的微观组织.结果表明,层与层之间结... 采用激光3D打印的方法制备了Nb/SiC体系梯度材料,获得了从纯金属铌逐渐过渡到40%Nb+60%SiC(体积分数)复合层的梯度材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析了梯度复合层的微观组织.结果表明,层与层之间结合良好,激光熔敷过程中铌和SiC之间发生了反应,生成了Nb_5Si_3,Nb_2C,NbC和NbSi_2等二元化合物,并且随着SiC含量的逐渐增加,梯度材料内部产物呈现如下变化趋势:Nb+Nb5Si_3+Nb_2C+NbC→Nb_5Si_3+NbSi_2+SiC+NbC→NbSi_2+SiC+NbC.当SiC含量达到30%时,梯度复合层中残留金属铌消失,且开始出现残余的SiC颗粒,随着原始SiC比例的增加,复合层中不仅残余SiC的含量增加,而且粒度也逐渐增大. 展开更多

关键词 激光3d打印 Nb/SiC 梯度材料

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EIGA法制备激光3D打印用TC4合金粉末 被引量：11

4

作者 陈岁元 董欢欢 +1 位作者 刘常升 梁京 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期497-501,共5页

采用电极感应熔炼气雾化法(EIGA)制备激光3D打印用TC4合金粉末,研究了雾化气压对粉末收得率、粒径、粉末形貌、松装密度、流动性及空心球率等特征的影响.结果表明:随着雾化气压的增加,粉末收得率、球形度增加,而粉末平均粒径减小.雾化... 采用电极感应熔炼气雾化法(EIGA)制备激光3D打印用TC4合金粉末,研究了雾化气压对粉末收得率、粒径、粉末形貌、松装密度、流动性及空心球率等特征的影响.结果表明:随着雾化气压的增加,粉末收得率、球形度增加,而粉末平均粒径减小.雾化气压为6.0MPa时,粉末收得率超过50%,平均粒径小于100μm,松装密度为2.950 g/cm^3,流动性为2.242 g/s,空心球率低于3%.雾化气压为7.0 MPa时,非球形缺陷粉末和空心球率增加.对比雾化气压为6.0 MPa制备的不同粒径粉末,以及激光3D打印后的拉伸曲线与断口形貌,发现50~100μm粉末打印TC4合金的抗拉强度达907.7 MPa,延伸率最大达15.3%,具有良好的强韧性. 展开更多

关键词 气雾化 激光3d打印 TC4合金粉末 粉末形貌 松装密度 空心球率

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激光3D打印TC4球形合金粉末的制备 被引量：11

5

作者 张宁 陈岁元 +3 位作者 于笑 李慧莉 梁京 刘常升 《材料与冶金学报》 CAS 北大核心 2016年第4期277-284,共8页

采用真空旋转电极气雾化法（EIGA）制备激光3D打印用TC4钛合金球形粉末，利用SEM、XRD、EDS、激光粒度分析仪、霍尔流速计等分析方法对制得球形粉末的形成机制、表面微观组织、成分、相组成、粒度分布、流动性和松装密度等进行了研究，... 采用真空旋转电极气雾化法（EIGA）制备激光3D打印用TC4钛合金球形粉末，利用SEM、XRD、EDS、激光粒度分析仪、霍尔流速计等分析方法对制得球形粉末的形成机制、表面微观组织、成分、相组成、粒度分布、流动性和松装密度等进行了研究，结果表明：在工艺参数为感应功率60kW，雾化气压6．0MPa条件下，EIGA法成功制备了激光3D打印用TC4钛合金球状粉末，粉末球形度达到98％以上，含氧量（质量分数）为0．09％；合金粉末中Ti、Al、V等元素分布均匀，粉末颗粒表面物相为密排六方α-Ti单相固溶体；制得的TC4粉末表面平整、光洁，粒度分布均匀，主要粒径在1—180μm之间，粉末流动性为24．1s／50g，松装密度为2．699g／cm^3，松装密度比为60．93％，符合激光3D打印用TC4钛合金粉末特征要求． 展开更多

关键词 激光3d打印 TC4钛合金粉末 真空旋转电极气雾化法 粉末特征

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激光3D打印用TC21钛合金粉末制备及其成形性研究 被引量：10

6

作者 王栋 陈岁元 +3 位作者 魏明炜 郭快快 梁京 刘常升 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2016年第22期1-6,共6页

采用电极感应熔炼气雾化法制备激光3D打印用TC21钛合金粉末,并利用制备的合金粉末打印出钛合金样品。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射对电极感应熔炼气雾化法制备的TC21钛合金粉末的形貌、粒径、组织进行了研究。并对成形合金的力... 采用电极感应熔炼气雾化法制备激光3D打印用TC21钛合金粉末,并利用制备的合金粉末打印出钛合金样品。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射对电极感应熔炼气雾化法制备的TC21钛合金粉末的形貌、粒径、组织进行了研究。并对成形合金的力学性能进行了分析。结果表明:在优化后的制粉工艺参数下,制备的TC21粉末为球形,粉末表面和内部都是由等轴状的原始β晶粒构成,二次枝晶沿着晶界向晶粒内部发展,主要相由α'相、β相以及金属间化合物AlTi_3、Ti_2AlNb、Zr_3Al构成。在优化后的激光3D打印参数下,打印的TC21钛合金组织为α'相、β相,以及金属间化合物AlTi_3、Ti_2AlNb、Zr_3Al。合金的金相组织分为明区、过渡区、暗区三个区域。明区为α'马氏体针,暗区为网篮组织;明区硬度达541 HV,暗区硬度达470 HV;打印合金的抗拉强度为1150 MPa,伸长率约为8%。该方法制备的TC21钛合金粉末具有良好的激光3D打印成形性。 展开更多

关键词 激光3d打印 TC21钛合金粉末 EIGA 成形性

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选区激光熔化3D打印钛合金及其复合材料研究进展 被引量：33

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作者 李海亮 贾德昌 +3 位作者 杨治华 段小明 蔡德龙 周玉 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期1-15,共15页

选区激光熔化(SLM)3D打印技术作为近年来快速兴起的增材制造技术,在航空航天、国防和生物医疗用高性能钛合金及其复合材料关键及复杂结构件方面具有显著优势、发展潜力巨大.SLM 3D钛合金晶粒细小且常含有大量的α′马氏体,而SLM 3D钛基... 选区激光熔化(SLM)3D打印技术作为近年来快速兴起的增材制造技术,在航空航天、国防和生物医疗用高性能钛合金及其复合材料关键及复杂结构件方面具有显著优势、发展潜力巨大.SLM 3D钛合金晶粒细小且常含有大量的α′马氏体,而SLM 3D钛基复合材料中则通常可以原位生成纳米尺度的TiBw和TiCp等陶瓷增强相,使得成形构件的力学性能显著优于铸件和粉末冶金制品水平.本文在介绍SLM 3D打印技术的原理与特点基础上,着重评述了其在钛合金及其复合材料的应用基础研究及工程应用进展,并对未来相关关键基础科学与技术问题进行了展望. 展开更多

关键词 选区激光熔化3d打印 钛合金 马氏体 钛基复合材料 TiBw TICP 陶瓷增强相 力学性能

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工艺参数对激光3D打印钛合金组织拉伸性能的影响分析 被引量：2

8

作者 潘琛 张黎敏 田永刚 《激光杂志》 CAS 北大核心 2021年第7期152-156,共5页

为了减少3D打印钛合金缺陷,提高连接点质量,分析了工艺参数对激光3D打印钛合金组织拉伸性能的影响。首先分析了影响激光3D打印钛合金组织拉伸性能的参数不确定性;进行2次不同工艺参数对拉伸性能的影响实验,可以发现在热处理环境下,晶粒... 为了减少3D打印钛合金缺陷,提高连接点质量,分析了工艺参数对激光3D打印钛合金组织拉伸性能的影响。首先分析了影响激光3D打印钛合金组织拉伸性能的参数不确定性;进行2次不同工艺参数对拉伸性能的影响实验,可以发现在热处理环境下,晶粒尺寸增加,拉伸性下降,集束尺寸扩大,拉伸性能增强,而厚片度的提高,对钛合金的强度与拉伸性均有利;实验二将线能量密度、坡口角度以及扫描路径作为工艺参数,对拉伸性能做方差对比,结果表明线能量密度对钛合金拉伸性能影响较明显,密度越大拉伸性能越强,通过分析可以为后续打印过程提供近优工艺参数,保证激光3D打印质量。 展开更多

关键词 工艺参数 激光3d打印 钛合金组织 拉伸性能 线能量密度

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激光3D打印H13/WC-Co复合涂层组织及性能研究 被引量：2

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作者 赵菲 刘子敬 +1 位作者 张杰 吴志生 《热加工工艺》 北大核心 2022年第8期88-93,共6页

采用YLR-2000型连续光纤激光器制备H13合金基层,然后在其表面熔覆WC-Co覆层,通过正交试验分析激光功率、扫描速度和送粉量对覆层成形质量的影响,并确定最佳参数。借助光学显微镜和扫描电镜分析复合涂层组织形貌,使用显微硬度计测试H13/W... 采用YLR-2000型连续光纤激光器制备H13合金基层,然后在其表面熔覆WC-Co覆层,通过正交试验分析激光功率、扫描速度和送粉量对覆层成形质量的影响,并确定最佳参数。借助光学显微镜和扫描电镜分析复合涂层组织形貌,使用显微硬度计测试H13/WC-Co复合涂层的纵截面显微硬度。结果显示,激光功率对WC-Co覆层的熔宽和熔高影响最大,扫描速度和送粉量对熔宽和熔高影响较小。优化的工艺参数为:激光功率600 W、扫描速度8 mm/s、送粉量6 g/min。经激光3D打印后的H13合金基层的顶部组织主要为网状枝晶,底部主要为柱状枝晶,WC-Co熔敷覆层组织主要由胞状晶和等轴树枝晶两部分组成,覆层和基层之间形成了良好的冶金结合。复合涂层的横截面显微硬度从基层到覆层的方向逐渐增大,基层的平均显微硬度约为464.21 HV0.1,覆层平均显微硬度约为1218.11 HV0.1,约为基层显微硬度的2.62倍。 展开更多

关键词 激光3d打印 H13/WC-Co复合涂层 微观组织 显微硬度

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工艺参数对激光3D智能打印效果的分析研究

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作者 陈盛贵 四库 孙振忠 《激光杂志》 北大核心 2017年第12期79-82,共4页

为了摆脱激光3D智能打印中数据复杂、3D物体表面曲率不利于计算等情况,并从多个角度稳定提升激光3D智能打印效果,需从工艺参数入手进行分析与研究,因此,提出一种激光3D智能打印工艺参数分析方法,主要进行分层厚度与覆膜工艺参数对打印... 为了摆脱激光3D智能打印中数据复杂、3D物体表面曲率不利于计算等情况,并从多个角度稳定提升激光3D智能打印效果,需从工艺参数入手进行分析与研究,因此,提出一种激光3D智能打印工艺参数分析方法,主要进行分层厚度与覆膜工艺参数对打印效果的函数与实例分析。所提方法利用四叉树进行激光3D点云数据的处理与存储,通过切割四叉树来建立点云数据重心与分层厚度的关系图例,从四叉树切割误差入手进行最佳分层厚度的迭代求解。方法还讨论了覆膜工艺参数以及激光功率、3D扫描速率等对打印效果的影响,并给出各项工艺参数的最佳取值范围。实验结果表明,在所提方法给定的工艺参数支持下,激光3D智能打印工作的复杂度小、产品活化能高,具备很好的打印效果。 展开更多

关键词 工艺参数 激光3d智能打印效果 分层厚度 混砂时间 覆膜温度

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EIGA法制备激光3D打印用TA15钛合金粉末 被引量：15

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作者 魏明炜 陈岁元 +2 位作者 郭快快 梁京 刘常升 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期64-67,78,共5页

采用电极感应熔炼气雾化(EIGA)法制备了激光3D打印用TA15钛合金粉末,研究了熔炼功率对粉末收得率、粒径分布、粉末形貌、松装密度和流动性等特征的影响。结果表明,随着感应熔炼功率增大,粉末收得率和平均粒径减小,当熔炼功率为65kW时,... 采用电极感应熔炼气雾化(EIGA)法制备了激光3D打印用TA15钛合金粉末,研究了熔炼功率对粉末收得率、粒径分布、粉末形貌、松装密度和流动性等特征的影响。结果表明,随着感应熔炼功率增大,粉末收得率和平均粒径减小,当熔炼功率为65kW时,粉末收得率超过62%,中值粒径D_(50)小于100μm,松装密度为2.731g/cm3,流动性为22.46s/50g。对粒径50~180μm的粉末采用激光3D打印,激光直接沉积成形的TA15钛合金样品表面无宏观裂纹和气孔等缺陷,金相组织为细晶网篮组织,制备的TA15钛合金粉末具有良好的可打印性。 展开更多

关键词 EIGA法 TA15钛合金粉末 激光3d打印 粉末可打印性

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激光3D打印用覆膜砂的制备工艺研究 被引量：6

12

作者 司晨 党惊知 +1 位作者 李玉新 郝晓宇 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2018年第5期93-95,共3页

使用热法覆膜工艺开发适用于激光3D打印砂型砂芯用的覆膜砂烧结材料。以硅砂作为原砂,以PF-1904和PFR-1350两种热塑性酚醛树脂按1：1比例混合作为粘结剂,通过正交试验的方法探索最佳的覆膜工艺参数。结果表明,为获得较高的覆膜砂常温抗... 使用热法覆膜工艺开发适用于激光3D打印砂型砂芯用的覆膜砂烧结材料。以硅砂作为原砂,以PF-1904和PFR-1350两种热塑性酚醛树脂按1：1比例混合作为粘结剂,通过正交试验的方法探索最佳的覆膜工艺参数。结果表明,为获得较高的覆膜砂常温抗拉强度,宜选用的制备工艺参数为砂温180℃,树脂含量3%,加固化剂后混砂40 s,加硬脂酸钙后混砂时间30 s。覆膜砂经激光选区烧结后,其抗拉强度达到3.42 MPa,基本满足新材料的开发要求。 展开更多

关键词 激光3d打印 热法覆膜工艺 覆膜砂 抗拉强度

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激光3D打印工艺对钛合金质量的影响 被引量：14

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作者 刘占起 徐国建 +3 位作者 王蔚 唱丽丽 邱晓杰 郑文涛 《沈阳工业大学学报》 EI CAS 北大核心 2020年第1期57-62,共6页

为了解决传统锻造方法锻造TC4钛合金时容易造成的生产效率低且锻造形状简单等问题,对TC4钛合金进行了激光3D打印,并确定了最佳激光3D打印工艺参数.利用金相显微镜和扫描电子显微镜对TC4钛合金单道打印层的成形质量、显微组织与相组成进... 为了解决传统锻造方法锻造TC4钛合金时容易造成的生产效率低且锻造形状简单等问题,对TC4钛合金进行了激光3D打印,并确定了最佳激光3D打印工艺参数.利用金相显微镜和扫描电子显微镜对TC4钛合金单道打印层的成形质量、显微组织与相组成进行了分析.利用显微维氏硬度计和万能拉伸试验机测量了打印层的硬度和拉伸力学性能.结果表明,在最佳工艺参数下TC4钛合金打印成形良好,其打印层组织主要由片层状α固溶体组成.打印层的Z向拉伸强度指标低于XY向,而Z向拉伸塑性指标高于XY向,且Z向强度和塑性指标均超越了TC4锻件国家标准(GB/T 25137-2010).同时Z向和XY向拉伸断口形貌均为塑性断口. 展开更多

关键词 正交试验 TC4钛合金 激光3d打印 工艺参数 机械性能 参数优化 显微组织 增材制造

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激光3D打印非晶合金晶化体积分数的理论预测 被引量：1

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作者 曲丽丹 韩斌慧 +1 位作者 吕云卓 白钰枝 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期133-138,共6页

采用一种有效的方法预测激光3D打印块状非晶合金的晶化程度,对于激光3D工艺参数的选择与优化至关重要。本工作从非晶合金的晶化动力学入手,通过测试不同加热速率下非晶合金的特征温度,获得非晶合金发生晶化所要克服的晶化激活能和Arrhen... 采用一种有效的方法预测激光3D打印块状非晶合金的晶化程度,对于激光3D工艺参数的选择与优化至关重要。本工作从非晶合金的晶化动力学入手,通过测试不同加热速率下非晶合金的特征温度,获得非晶合金发生晶化所要克服的晶化激活能和Arrhenius指前因子,并结合有限元模拟技术,提出了一种预测激光3D打印非晶合金晶化体积分数的方法。以Zr50Ti5Cu27Ni10Al8(Zr50)非晶合金为模型体系,验证了该方法的有效性。结果表明:利用该方法获得的激光3D打印单道Zr50非晶合金晶化相体积分数为1.23%,与实验得到的晶化相体积分数1.65%较接近,这有力地证明了提出的激光3D打印非晶合金晶化体积分数的理论预测方法是可行的。 展开更多

关键词 非晶合金 激光3d打印 晶化 理论预测

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HAP-TCP复合生物陶瓷浆料的激光3D打印及性能研究 被引量：4

15

作者 王志勇 蔡志祥 +2 位作者 刘国承 孙智龙 张铁 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期104-107,131,共5页

羟基磷灰石(HAP)和磷酸三钙(TCP)是临床上常用的骨修复支架材料,将两者复合可以得到成型精度高、成骨性好、降解速度快的复合材料。本工作采用激光3D打印机打印,可以满足不规则人工骨的成型要求。将HAP-TCP复合陶瓷粉体与丙烯酸酯单体... 羟基磷灰石(HAP)和磷酸三钙(TCP)是临床上常用的骨修复支架材料,将两者复合可以得到成型精度高、成骨性好、降解速度快的复合材料。本工作采用激光3D打印机打印,可以满足不规则人工骨的成型要求。将HAP-TCP复合陶瓷粉体与丙烯酸酯单体及其他助剂混合后进行球磨,得到陶瓷浆料。通过对打印工艺的研究确定了最佳固化深度为分层厚度的3~4倍,最佳扫描速度为2000 mm/s,并通过TG-DSC曲线的分析,得到生坯的烧结温度范围,通过对几种烧结温度的测试,确定了最佳烧结温度为1000℃。最后在最佳工艺参数下打印支架,通过SEM的观察可知晶相结合紧密,最后通过动物实验可知,支架植入老鼠颅骨后,大鼠未见死亡及不良反应症状,且能看到有成骨现象。 展开更多

关键词 激光3d打印 复合生物陶瓷 打印工艺 动物实验

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基于视觉传达和激光3D打印的产品包装外观重现 被引量：4

16

作者 王杨 王雯艳 《激光杂志》 北大核心 2020年第12期99-103,共5页

为了提升产品包装外观重现方法的综合性能,设计并提出基于视觉传达和激光3D打印的产品包装外观重现方法。分析两种相机成像模型的的标定方法,获取产品外包装初始图像中的几组匹配点,匹配点在校正后需要图像满足极线几何约束条件,利用最... 为了提升产品包装外观重现方法的综合性能,设计并提出基于视觉传达和激光3D打印的产品包装外观重现方法。分析两种相机成像模型的的标定方法,获取产品外包装初始图像中的几组匹配点,匹配点在校正后需要图像满足极线几何约束条件,利用最小化全部匹配点的桑普森误差值,获取系统方程,从而得到最优校正图像。在上述基础上,利用激光3D打印技术获取图像的内部结构,结合立体匹配算法,通过像素的灰度以及其梯度的线性组合作为相似性度量,对庞大的景物云进行精简,在有效保留图像边缘点的同时降低重构点云的数量,实现产品包装外观重现。仿真实验结果显示,图像校正时间平均在15 s左右,运行效率接近于100%,全面验证了本文方法的实用性以及有效性。 展开更多

关键词 视觉传达 激光3d打印 产品包装外观 重现

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同轴送粉激光3D打印光粉耦合作用以及熔池气液界面追踪数值模拟的研究进展 被引量：1

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作者 安晓龙 吕云卓 +1 位作者 覃作祥 陆兴 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期167-174,共8页

金属激光3D打印作为一种"无需工具"的数字化制造技术,摆脱了传统加工方式的约束,将有可能改变产品的生产模式,给企业和消费者带来巨大的经济效益和社会效益。它利用层层堆积的精密加工模式,使得高精度复杂结构制造变为可能。... 金属激光3D打印作为一种"无需工具"的数字化制造技术,摆脱了传统加工方式的约束,将有可能改变产品的生产模式,给企业和消费者带来巨大的经济效益和社会效益。它利用层层堆积的精密加工模式,使得高精度复杂结构制造变为可能。这将极大简化产品设计环节,提高零部件的集成度,缩小产品的研发周期。相对于利用切削机床对毛坯进行加工的"减材制造",3D打印制造减少了原材料的使用量,降低了对自然环境的压力。3D打印技术实际上是一个"逐点扫描-逐线搭接-逐层堆积"的循环往复过程,在长时间的加工过程中,零件的不同部位材料均经受着一系列短时变温、非稳态、强约束、循环固态相变的微热处理过程。这种微热处理的加热及冷却速度极快、相变持续时间极短,且每一微热处理的相变温度、加热及冷却速度和相变持续时间均随热循环次数的变化而变化,使得激光3D打印的金属构件显微组织结构独特,并表现出对加工工艺条件强烈的依赖性,进而影响成型零部件的综合力学性能。因此,实现对激光3D打印金属零部件显微组织结构、冶金缺陷的主动控制是亟待解决的关键问题。其中掌握同轴送粉金属激光3D打印加工过程中粉末流与激光束的耦合作用,以及熔池气-液自由界面的传质和扩展特征,是选择最优加工参数,获得综合力学性能优良的金属零件的关键。然而,采用试验分析途径难以精确并定量地揭示上述问题,但数值仿真模拟却能有效揭示其微观规律。例如在光-粉耦合作用方面,目前大部分研究学者从单个粉末颗粒到粉末流对激光束产生衰减的角度出发,研究了激光束与粉末相互作用的机理;另一方面其他研究人员从粉末颗粒对激光束吸收和散射的角度建立数学模型,利用米氏散射理论和朗伯-比尔定律仿真分析计算了粉末流与激光束的相互作用。而包含粉末流对激光束产生衰减以及粉末流吸收并反射、散射激光等多角度多因素的数值模型却鲜有报道,因此,这些方面是学者今后研究的主要方向。本文主要综述了国内外研究学者对同轴送粉金属激光3D打印仿真模拟的研究进展,并详细阐述了3D打印过程中的光-粉耦合作用、熔池气-液界面和固-液界面追踪等。 展开更多

关键词 同轴送粉 激光3d打印 光粉耦合作用 气液界面追踪 数值模拟

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纳米级Al_2O_3/Ni基高温合金复合粉末的制备及激光3D打印研究 被引量：2

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作者 彭明媚 汪涛 +3 位作者 何庆贤 武鑫 郑长天 王倩 《稀有金属与硬质合金》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期57-62,共6页

通过超声分散-高速搅拌两步法,以聚乙二醇为分散剂和粘接剂将纳米级Al_2O_3陶瓷颗粒组装至Ni基高温合金球形颗粒表面,制备了Al_2O_3/Ni基高温合金复合粉末,并进行激光3D打印制备Al_2O_3/Ni基高温合金成型试样。结果表明:采用超声分散-... 通过超声分散-高速搅拌两步法,以聚乙二醇为分散剂和粘接剂将纳米级Al_2O_3陶瓷颗粒组装至Ni基高温合金球形颗粒表面,制备了Al_2O_3/Ni基高温合金复合粉末,并进行激光3D打印制备Al_2O_3/Ni基高温合金成型试样。结果表明:采用超声分散-高速搅拌两步法成功制备了可用于激光3D打印技术的复合粉末。在进行激光3D打印后,成型试样的显微组织主要表现为柱状晶和等轴晶组织,均匀细小,排列紧密,纳米级Al_2O_3颗粒均匀分布在基体中。显微硬度(HV)平均可达405.81。 展开更多

关键词 纳米级Al2O3 NI基高温合金 激光3d打印 超声分散 高速搅拌

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高锰钢辙叉3D打印激光熔覆强化技术的应用研究 被引量：4

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作者 刘恒亮 《热加工工艺》 北大核心 2020年第10期74-77,共4页

利用3D打印激光熔覆技术和铁基431-Co-40粉末对高锰钢辙叉试件进行表面强化处理试验,对熔覆后试件进行了金相组织检测和硬度、剪切强度、耐磨性测试。结果表明:熔覆过程对高锰钢基体热影响区的金相组织影响较小。3D打印激光熔覆结合面... 利用3D打印激光熔覆技术和铁基431-Co-40粉末对高锰钢辙叉试件进行表面强化处理试验,对熔覆后试件进行了金相组织检测和硬度、剪切强度、耐磨性测试。结果表明:熔覆过程对高锰钢基体热影响区的金相组织影响较小。3D打印激光熔覆结合面的剪切强度高于高锰钢基体的剪切强度13%。熔覆层表面硬度达到337HB,且耐磨性能约为普通高锰钢的2倍。其结果验证了3D打印激光熔覆强化技术在高锰钢辙叉上的应用是可行的。 展开更多

关键词 高锰钢辙叉 3d打印激光熔覆 组织 剪切强度 耐磨性

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激光3D打印铁基块体非晶复合材料 被引量：4

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作者 张月媛 黄国坤 吕云卓 《航空制造技术》 2020年第1期87-93,共7页

Fe基非晶合金因强度高、硬度高、软磁性能优异等优势,得到人们极大关注。然而,目前实验室和工业领域利用铜模铸造法所能制备的Fe基非晶合金尺寸仍然较小,这严重制约了Fe基非晶合金作为结构材料在工业领域的实际应用。激光3D打印技术的... Fe基非晶合金因强度高、硬度高、软磁性能优异等优势,得到人们极大关注。然而,目前实验室和工业领域利用铜模铸造法所能制备的Fe基非晶合金尺寸仍然较小,这严重制约了Fe基非晶合金作为结构材料在工业领域的实际应用。激光3D打印技术的出现为解决上述问题提供了难得的契机。然而,目前国内外的研究中,利用激光3D打印技术制备Fe基非晶合金存在较为严重的裂纹,所以无法利用该技术成型大尺寸的样品。在Fe基非晶合金中引入塑性较好的第二相来吸收热应力,防止在激光3D打印过程中发生开裂,能成功打印出大尺寸的Fe基非晶合金复合材料。通过上述方法成型的大尺寸Fe基非晶合金复合材料,宏观上没有裂纹发生且成型性良好,但微观上仍在局域发现微小裂纹。由于Cu将Fe基非晶合金包裹在中间,所以这些局域的微裂纹没有扩展,也没有贯穿整个材料,打印的Fe基非晶合金复合材料成型性没有受到较大影响。 展开更多

关键词 非晶合金 激光3d打印 复合材料 裂纹

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