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选择性激光熔化316L/CuSn10多材料：工艺优化、界面表征与力学性能
摘要： 采用增材制造（AM）的典型技术——选择性激光熔化（SLM）来制备多材料金属复合材料是一个具有挑战性且前景广阔的研究领域。本研究创新性地尝试通过SLM制备316L/CuSn10多材料复合材料，以开发兼具钢材与铜合金优异性能的功能结构材料。成功制备出无界面宏观裂纹的致密316L/CuSn10试样。结果表明：维氏显微硬度从316L区域的329.5±12.5HV逐渐降至CuSn10区域的172.8±7.4HV。316L/CuSn10样品的极限抗拉强度和抗弯强度达210MPa，高于其他方法制备的钢/铜合金。这表明316L/CuSn10多材料具有理想的界面结合状态，其得益于熔池充分搅拌及元素扩散作用——元素呈连续分布且异质合金相富集。此外，重熔与再结晶导致的晶粒细化提升了界面结合性能。最终通过SLM形成了316L/CuSn10点阵结构，预示着SLM制备钢/铜多材料在未来工业应用中的前景。
关键词： 选择性激光熔化（SLM）、力学性能、界面、316L/CuSn10、多材料、微观结构
更新于2025-09-23 15:21:01
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多道次、多层及多材料选区激光熔化过程中熔池演化与熔道形成的多物理场建模
摘要： 选择性激光熔化（SLM）是一种极具前景的粉末基增材制造技术，因其能够制造具有复杂几何形状的金属部件。尽管以往大多数研究聚焦于单材料打印，但近期面向行业的研究表明，在医疗器械、航空航天和汽车等高价值制造领域需要多材料SLM技术。然而由于实验观测的困难性，理解多材料SLM的底层物理机制仍具挑战。本文开发了多道次、多层及多材料SLM的集成建模框架，以深化对该工艺的理解。主要创新点在于模拟同层及跨层沉积多种材料的熔池演变与道次形貌。采用离散元法（DEM）重现不同沉积模式下多种材料的粉末铺展过程，并导入粒度分析仪获取的粒径分布数据。通过不同激光能量输入研究了球化效应、匙孔凹陷及层间未熔合等多种现象?；诓煌任镄圆问?，针对多种粉末材料优化了能量密度和扫描间距等工艺参数，以获得连续道次轮廓并提升扫描效率。模拟实现了不同材料层间界面的可视化，发现界面相迁移与熔池内对流流动相关，这种流动促进了两种材料的混合及元素扩散。本研究通过提供从多材料粉末沉积到激光与多扫描道次/不同构建层粉末相互作用的深入认知（这是单纯实验难以实现的），显著推动了多材料增材制造这一挑战性领域的发展。
关键词： 增材制造、离散元法（DEM）、计算流体动力学（CFD）、传热、多材料、选择性激光熔化（SLM）
更新于2025-09-23 15:19:57
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使用绿色激光源在不同金属上进行铜的激光金属沉积
摘要： 与更常见的红外激光相比，绿色激光源因吸收率提升而在铜加工中具有优势。研究人员采用绿色激光对铜、铝、钢和钛合金等不同基材金属进行了铜激光金属沉积实验，并通过高速成像进行观测。研究综合分析了激光功率、熔覆速度、粉末送进速率等工艺参数，以及吸收率、表面状态和热导率等材料特性对熔池尺寸形貌及材料熔化功率占比的影响机制。结果表明：铜基材熔池最小且角度最大，其次为铝、钢和钛合金；粉末颗粒在熔池中的融入时间因基材而异，这与表面张力、熔点和密度等材料属性相关；熔池氧化层会显著影响粉末融入（铝基材尤为明显）。计算得出表面纯熔化功率占比下限值分别为：铜基材0.73%、铝基材2.94%、钢基材5.95%、钛合金基材9.78%，该数值与基材热导率强相关。铜壁构建时的该占比达2.66%（显著高于单道熔覆），这是由于工件整体受热减少所致。本研究结论可推广至金等其他低吸收率金属。
关键词： 多材料、定向能量沉积、高速成像、激光金属沉积、铜、绿色515纳米激光、激光金属沉积、粉末颗粒掺入、增材制造、定向能量沉积、吸收率
更新于2025-09-19 17:13:59
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工艺参数对选区激光熔化316L/CuSn10界面特征的影响机制
摘要： 双金属结构能够结合不同金属材料的性能，以满足工业解决方案中的多功能需求。本文通过自主研发的多材料选区激光熔化（SLM）设备制备了钢-青铜双金属结构。为研究激光功率、扫描速度和扫描间距对界面特征的影响，在316L不锈钢层上方成形二十层CuSn10锡青铜时进行了三因素五水平的正交实验。采用光学显微镜（OM）、大景深显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、拉伸性能测试、电子背散射衍射（EBSD）和纳米压痕等技术对这些双金属结构进行表征，以验证工艺参数的影响。大景深显微镜显示钢/青铜界面存在凸起，其高度随体积能量输入增加先升高后降低。此外，界面缺陷的产生与界面工艺参数相关，发现缺陷类型主要分为孔洞和裂纹。能量不足会导致水平方向产生裂纹进而引发结合失效，反之较高能量输入会在垂直方向产生微裂纹。界面区域附近的缺陷是影响结合强度极限值的主要因素。结果表明，钢-青铜双金属结构展现出最佳接头极限强度459.54±3.08 MPa（延伸率5.23±0.65%），以及最小接头极限强度199.02±0.56 MPa（延伸率1.70±0.22%）。其断口形貌也分别呈现沟槽状和扇形特征。此外，EBSD结果显示界面区域出现细晶区，有助于提高该区域的平均纳米硬度。本研究为选区激光熔化制备钢-青铜双金属零件的工艺参数对界面特征和力学性能的影响提供了参考。
关键词： 界面表征、力学性能、选择性激光熔化、双金属结构、多材料
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE第32届微机电系统国际会议(MEMS) - 韩国首尔(2019.1.27-2019.1.31)] 2019年IEEE第32届微机电系统国际会议(MEMS) - 快速多材料直接激光写入
摘要： 增材制造技术或称"三维（3D）打印"中的直接激光写入（DLW）技术，在亚微米尺度上展现出卓越的几何结构可设计性，为光子学、超材料及三维细胞生物学等领域带来显著优势。然而DLW的关键局限在于：难以实现多材料微/纳尺度结构的3D打印。具体而言，制备多材料组件需要繁琐耗时的手动基底/材料处理与对准流程，才能维持不同光敏材料间的结构连续性。为突破这一瓶颈，本研究提出"快速多材料DLW（RMM-DLW）"策略，能以前所未有的速度和精度实现多种光敏材料的完全集成式3D纳米结构制造。该方法采用临时性弹性体键合技术构建微通道，通过该通道可依次加载、光聚合及显影不同光敏材料，最终移除弹性体。初步实验显示RMM-DLW使制备时间缩短74%，多材料对准精度达到0.14±0.17微米（ΔX）和0.20±0.15微米（ΔY）——较传统多材料DLW提升达一个数量级。这些成果为开发新型多材料乃至多功能3D纳米结构系统开辟了可行路径。
关键词： 增材制造、直接激光写入、微流控技术、多材料、3D打印
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于激光粉末床熔融的机电部件自动化制造
摘要： 基于粉末床的激光束熔融工艺（L-PBF）已成为金属部件工业生产领域最可靠且应用最广泛的增材制造技术之一。此外，该技术持续发展以通过提高生产率降低成本，并实现对钨或铜合金等新材料的加工。在设备研发方面，可观察到若干趋势：一方面，设备已能制造至少两种不同材料任意分布的多材料部件，因此现有粉末输送系统必须进行适应性改造。鉴于已存在多种实现方案，需确定最优方案；另一方面，进一步目标是自动集成传感器或执行器，以制造完全封装电子元件的结构部件。为此自动化流程需开发拾取-放置概念并将其集成至现有L-PBF设备中。为实现该自动化流程扩展，需对系统实施多项调整。本文提出了实现上述概念的方法及改进后制造工艺的初步成果。
关键词： 智能部件、自动化执行器集成、多材料、粉末床熔融、增材制造、L-PBF工艺优化、自动化传感器集成、选择性激光熔化、SLM
更新于2025-09-12 10:27:22