南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏 南京 210016
利用选区激光熔化(SLM)增材制造技术成功制备了5CrNi4Mo 模具钢试件，研究了激光成形5CrNi4Mo 模具钢的相变过程及其机制，分析了激光线能量密度η(激光功率与扫描速度之比)对SLM 成形件致密度、显微组织和力学性能的影响规律。研究表明：过高的η(387.5 J/m)引起球化效应，使得成形件内部含有残留孔隙，成形致密度降低；过低的η(155.0 J/m)导致熔体润湿性较低，成形致密度较差。将η优化为258.3 J/m 时，成形试件加工缺陷减少，成形致密度提升到98.12%。激光加工的快速冷却作用易导致马氏体相变；原始粉末中的Mn、Ni、Cr等合金元素可以增加过冷奥氏体的稳定性，降低马氏体临界冷却速度，从而确保了马氏体转变的顺利进行；随着η的降低，马氏体组织发生明显的细化。当η=193.8 J/m，成形试件具有较高的显微硬度(689.5 HV0.2)、较低的摩擦系数(0.44)和磨损率[2.3×10-5 mm3/(N?m)]。
激光技术 快速成形 选区激光熔化 工艺参数 组织与性能
1 韶关学院 物理与机电工程学院， 广东 韶关 512005
2 华南理工大学 机械与汽车工程学院， 广州 510640
针对具有复杂结构的全密度功能性金属零件快速制造难题，探讨了该类零件的选区激光熔化直接快速制造方法，并结合实验，重点对同步保证选区激光熔化快速制造金属零件成型密度及精度的工艺进行了研究。结果表明：同步消除球化、飞溅及气孔对成型件致密性及精度的影响是实现选区激光熔化快速制造全密度功能性复杂金属零件的难点及关键；在维持良好的抗氧化气氛条件下，可采用尽可能薄的铺粉厚度及恰当调节其它成型参数的方法，以保证对上一层有足够的重熔量来消除球化及气孔现象;同时，采用合适的扫描策略，可弱化飞溅对成型质量的影响来解决工艺难题。采用该工艺方案可快速制造全密度功能性复杂金属零件，所成型的316L不锈钢叶轮零件相对密度为99.8%，硬度为HB192，表面粗糙度约为40 μm，尺寸精度在±0.1 mm以内，稍经打磨后即可投入使用。
选区激光熔化 快速制造 金属零件 全密度 功能性 复杂结构 selective laser melting rapid manufacturing metal part full density functional complex structure
1 华南理工大学机械与汽车工程学院， 广东 广州 510640
2 韶关学院物理与机电工程学院， 广东 韶关 512005
随着快速成型技术的进步，其研究热点转变到快速直接制造金属功能零件方面，应用范围也拓展到航空航天、医疗、汽车、模具等领域。针对选区激光熔化(SLM)技术更适合精密小批量金属零件的快速制造等特点，结合华南理工大学在该技术方面的研究进展，研究讨论了成型材料、成型工艺与过程控制、应用及其影响因素等，并对SLM技术现状、存在问题和发展趋势进行了分析。
激光技术 快速制造 选区激光熔化 成型材料 工艺控制 精密零件
南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏 南京 210016
利用选区激光熔化（SLM）工艺成功制备了TiC增强Ti基纳米复合块体材料，其中TiC质量分数为30%。研究了激光线能量密度η（激光功率与扫描速率之比）对SLM成形试件的表面形貌、致密度、微观组织及力学性能的影响。结果表明，在η=400 J/m时，SLM成形试件表面较为光滑，成形致密度达到95.5%，平均显微硬度为750 HV，增强体TiC以细小层片状纳米结构均匀分布于Ti基体中。摩擦磨损试验表明，激光成形复合材料的摩擦系数为0.2，远低于SLM纯钛成形件（摩擦系数为1.2）。在较高激光线能量密度下（800 J/m），因热裂纹产生和增强体TiC枝晶粗化，致使复合材料致密度、显微硬度及磨损性能下降。
激光技术 快速成形 选区激光熔化 纳米复合材料 显微硬度 磨损
高能束流加工技术重点实验室 北京航空制造工程研究所, 北京 100024
为揭示激光直接沉积TB6钛合金的组织与性能相关性, 研究了其沉积态和沉积/热等静压态的组织特征和拉伸性能。结果表明：激光直接沉积TB6钛合金的沉积态组织为等轴晶, 其拉伸断口为沿晶/穿晶混合断裂方式; 激光直接沉积TB6钛合金的沉积/热等静压组织仍为等轴晶, 但晶内析出针/束状α相, 其拉伸断口为穿晶断裂方式并存在大量韧窝; 热等静压导致激光直接沉积TB6钛合金的拉伸强度降低约200MPa, 而塑性提高1倍。该结果表明热等静压工艺可以有效调控激光直接沉积TB6钛合金的组织及性能。
快速制造 钛合金 激光直接沉积 组织 拉伸性能 rapid manufacturing titanium alloys direct laser deposition microstructure tensile properties
1 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510640
2 广州瑞通激光科技有限公司, 广州 510378
采用自行研制的光纤激光选区熔化快速成型设备, 研究了选区激光熔化316L不锈钢粉末工艺参数、能量输入与样件致密度、表面形貌之间的关系以及微观组织特征。结果表明：扫描速度对成型效果影响最为显著; 样件致密度随着激光能量密度提高有逐渐增大的趋势; 能量密度作为选区激光熔化工艺的技术指标具有可操作性; 表面形貌由激光功率与扫描速度比值所决定。深入探讨了能量输入、熔化凝固行为、激光功率与扫描速度比值与样件致密度、表面形貌的关系。结果表明：选区激光熔化凝固组织层内、层间熔合处为弧形, 且为冶金结合, 金相组织主要由柱状晶与等轴晶组成, 层内靠近熔合线周围是柱状晶, 而层间靠近熔合线附近主要是细小等轴晶, 晶粒直径为1 μm左右。
快速制造 选区激光熔化 能量密度 表面形貌 微观组织 rapid manufacturing selective laser melting energy density surface profile micro-structure
1 华南理工大学 机械与汽车工程学院,广东 广州 510640
2 广州瑞通激光科技有限公司,广东 广州 510380
为提高快速制造金属零件的效率,同时保证零件具有良好精度及一定的力学性能,提出一种基于选区激光熔化技术的变密度快速制造工艺:将零件分为壳体区及内部填充区两个成型区域,壳体区采用致密态工艺成型,内部填充区采用非致密态工艺成型。分析了非致密态组织与致密态组织之间的过渡工艺条件:通过调整工艺参数控制对固体基础的熔化量,可实现非致密态组织与致密态组织的切换。采用316 L不锈钢粉进行的成型实验表明,采用变密度制造工艺,相对于仅采用致密态成型工艺,成型效率大幅提高,成型件重量大大减轻,且合理设置壳体厚度后,成型件可获得足够硬度;对尺寸较大的零件,还能明显改善成型精度。
激光技术 快速制造 变密度 选区激光熔化 金属零件
1 安徽建筑工业学院 机械与电气工程学院,安徽 合肥 230022
2 天津工业大学 激光技术研究所,天津 300160
针对设计中难以求出用于激光快速制造的三维送粉头解析解的难题,借助有限元分析程序ANSYS,对其进行了强度分析和模态分析。然后采用安装有三维送粉头的横流式5kW CO2激光器和5轴数控机床,对35#钢进行了激光淬火和激光熔敷实验,所得结果验证了有限元分析的可靠性,所做的研究为送粉头的设计和改进提供了有益的参考。
激光快速制造 送粉头 有限元 激光淬火 激光熔敷 laser rapid manufacturing feeding head finite element laser quenching laser cladding
Industrial Materials Institute,National Research Council of Canada 800 Collip Circle,London,Ontario,N6G 4X8,Canada
