1 西安理工大学陕西省机械制造装备重点实验室，陕西 西安 710048
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049
有限元仿真是激光选区烧结（SLS）增材制造温度场预测分析的常见方法，但温度场仿真运算往往要耗费大量的时间。为了提高运算效率，提出了基于遗传算法（GA）优化反向传播（BP）神经网络的SLS烧结点温度预测方法。在大量覆膜砂材料多道多层零件烧结点温度仿真模拟试验的基础上，建立并训练了基于GA-BP神经网络的烧结点温度预测模型。开发了SLS烧结点温度预测软件，能够根据零件的尺寸及工艺参数，快速计算出烧结点温度，并进行可视化显示。通过零件烧结点预测温度与热像仪检测温度的对比试验，验证了温度预测的准确性。
材料 激光选区烧结 神经网络 烧结点 温度 预测 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1916005
1 华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室，湖北 武汉 430074
2 增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心，湖北 武汉 430074
空心涡轮叶片是燃气轮机热端的关键零部件，其结构十分复杂，制造难度极大。陶瓷型芯型壳是用于涡轮叶片铸造的重要部件，随着燃气轮机的热端工作温度逐渐升高，所需要的叶片结构也更加精细，传统的精密铸造工艺已经无法满足叶片快速升级换代的需求。激光增材制造技术无需模具，可以加速新产品的研发，缩短制造周期，满足个性化需求。目前可用于型芯型壳制造的激光增材制造技术主要有激光选区烧结和立体光刻两大类。主要介绍了这两大类激光增材制造技术在陶瓷型芯型壳制备方面的应用，从材料配方、素坯成形、后处理烧结等多个方面综述了当前国内外的最新研究进展，探讨了两类技术各自的优势、目前存在的问题以及未来发展的趋势。
激光技术 增材制造 空心涡轮叶片 陶瓷型芯型壳 激光选区烧结 立体光刻 中国激光
2022, 49(12): 1202002
1 1.深圳大学 增材制造研究所, 深圳 518060
2 2.广东省电磁控制与智能机器人重点实验室, 深圳 518060
3 3.华中科技大学 材料科学与工程学院, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074
4 4.华中科技大学 增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心, 武汉 430074
陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展, 其核心零件部件外形结构设计日益复杂、内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点, 较难通过传统的加工成形方法实现异形结构零件的制造, 最终限制了陶瓷材料的工程应用范围。激光增材制造技术作为一种快速发展的增材制造技术, 在复杂精密陶瓷零部件的制造中具有显著优势: 无模、精度高、响应快以及周期短, 同时能够实现陶瓷零件组织结构灵活调配, 有望解决上述异形结构陶瓷零件成形问题。本文综述了多种基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术: 基于粉末床熔融的激光选区烧结和激光选区熔化; 基于定向能量沉积的激光近净成形技术。主要讨论了各类激光增材陶瓷技术的成形原理与特点, 综述了激光选区烧结技术中陶瓷坯体后处理致密化工艺以及激光选区熔化和激光近净成形技术这两种技术中所打印陶瓷坯体基体裂纹开裂行为分析及其控制方法的研究进展, 对比分析了激光选区烧结、激光选区熔化以及激光近净成形技术在成形陶瓷零件的技术特征, 最后展望了激光增材制造陶瓷技术的未来发展趋势。
激光增材制造 激光选区烧结 激光选区熔化 激光近净成形技术 陶瓷 综述 laser additive manufacturing selective laser sintering selective laser melting laser engineered net shaping ceramic review
基于激光选区烧结(SLS)的增材成形方式, 采用PSB粉末材料, 探究不同工艺参数下制件密度与力学性能和微观组织之间的对应关系。结果表明, 试件拉断力F的大小与制件密度呈大致线性相关, 密度越大, 拉断力F越大, 塑性变形也越好, 组织越致密。但当密度上升到850 kg/m3左右时, 塑性变形反而变低, 制件尺寸精度严重下降, 通过组织结构能明显看出已烧结至熔化。所以, 在过度烧结后, 不能再以密度定义成形质量的好坏。
激光选区烧结 密度 力学性能 微观组织 检测分析 laser selective sintering density mechanical properties microstructure detection and analysis
1 苏州市职业大学机电工程学院, 江苏 苏州 215104
2 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
通过激光选区烧结(SLS)技术成形了堇青石/碳纤维复合材料初胚,经高温烧结获得了陶瓷试样,研究了陶瓷试样的孔隙率、力学性能和尺寸精度在不同工艺下的变化。结果表明,碳纤维通过烧结颈粘结穿插在堇青石基体中,随着烧结温度的升高,堇青石熔化变形,孔隙率减小。当烧结温度为1350~1400 ℃时,堇青石为μ相,当烧结温度升高至1425 ℃时,堇青石由μ相向α相转变。碳纤维有效增强了初胚的韧性和强度,随着烧结温度的升高,陶瓷试样的抗压强度不断增大,并在1425 ℃时达到最大值5.48 MPa。
激光技术 激光选区烧结 堇青石 碳纤维 复合材料 多孔陶瓷 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 121405
1 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心, 北京 100124
通过248 nm KrF准分子激光辐照,可以快速地制备PA2200材料三维(3D)打印件亲水性表面,打印件表面接触角从120°减小至70°,且辐照后打印件相结构未发生变化。通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪等表征手段,进行打印件的表面形貌、微观结构、极性官能团种类和数量的变化分析及Cassie-Baxter模型分析,结果表明KrF准分子激光辐照PA2200材料3D打印件可以使打印件表面变得光滑,同时可以产生C=O双键亲水性基团,改善并调控打印件表面浸润性。
激光光学 激光辐照 激光选区烧结 亲水性 中国激光
2018, 45(12): 1201006
1 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广东 广州 510640
2 北京大学 第三医院运动医学研究所, 北京 100083
研究了激光选区烧结(SLS) 成型工艺中不同工艺参数以及后续热处理工艺对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料成型性能的影响。通过调整扫描间距、激光功率、扫描速度等不同工艺参数, 描述了SLS成型UHMWPE零件的致密度、拉伸强度以及断裂伸长率, 并对热处理前后的SLS成型UHMWPE零件的力学性能进行了比较。结果显示, 致密度、拉伸强度、断裂伸长率总体上与激光功率呈正相关关系, 与扫描间距、扫描速度呈负相关关系。经热处理后, SLS成型UHMWPE零件的力学性能有明显提高, 致密度达到95.12%, 抗拉强度达到24.08 MPa, 断裂伸长率达到334.82 MPa。实验结果表明：SLS成型UHMWPE零件与模塑成型UHMWPE零件性能尚有差距, 仅优化成型工艺不足以得到理想性能, 但经热处理后, 零件性能基本满足使用要求。
激光技术 激光选区烧结 超高分子量聚乙烯 力学性能 致密度 laser technology Selective Laser Sintering(SLS) Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene(UHMWPE) mechanical property relative density
1 内蒙古工业大学 材料科学与工程学院, 内蒙古 呼和浩特 010051
2 河北工业大学 机械工程学院, 天津 300130
研究了快速、精确制造金属模具的方法, 提出利用激光选区烧结(SLS)技术来快速制造高精度陶瓷型精密铸造用母模。首先, 采用正交试验法研究了激光选区烧结工艺参数对制件精度的影响, 确定了最佳激光烧结工艺。在此基础上利用浸水起模法替代传统的起模喷烧工艺对陶瓷型精密铸造工艺进行改进。结果表明, 选定激光烧结工艺参数为激光功率25 W, 扫描速度2.0 m/s, 扫描间距0.19 mm, 分层厚度0.25 mm时, 试样尺寸收缩率最低可达2%。采用陶瓷型浸水起模法起模容易, 起模后陶瓷型表面光洁, 在200 ℃焙烧温度下抗弯强度较高, 为0.361 MPa。这些结果表明, 利用SLS技术能够快速、准确地制造出陶瓷型精密铸造所需母模。
激光选区烧结 快速成形 尺寸收缩率 陶瓷型精密铸造 浸水工艺 Selective Laser Sintering(SLS) rapid prototyping shrinkage ceramic model precision casting founder
通过介绍激光选区烧结工艺中的主要金属粉末材料,指出了该工艺对金属粉末材料的要求及选择和设计原则,明确了金属粉末材料应在成形精度、成形速度、成形件强度及成本等方面与工艺相匹配,并提出了适合金属件直接快速制造的金属粉末材料的发展和改进方向.
激光选区烧结 金属直接快速制造 金属粉末 快速制造
使用激光进行微成形的方法有多种 ,本文介绍了通过激光选区烧结技术 (SLS)来进行激光微成形的试验。通过大量的工艺试验和对激光选区烧结微成形过程中影响因素的系统分析 ,探讨了激光选区烧结微成形的工艺参数对激光扫描金属粉末的烧结线宽和烧结深度的影响 ,并最终成形了米粒大小的金属实体。
微成形 激光选区烧结(SLS) 工艺参数 金属粉末 微机械 sekective laser sintering micro-fabrication processing parameters metal powder micro-machine
