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钕铁硼永磁体的激光粉末床熔融
摘要： 在这项工作中，我们采用激光粉末床熔融（LPBF）技术制备钕铁硼磁体。通过开发合适的工艺窗口，成功制造出具有优异磁性能的各向同性样品。样品质量主要取决于LPBF过程中的能量输入——若工艺参数设置不当，将导致烧结或层间剥离问题。随着能量输入增加，磁性与结构性能持续改善，直至达到材料特有的工艺极限。使用低钕含量的商用粉末无需任何后处理，即可制备矫顽力达886 kA/m（μ0Hc=1.1 T）、最大磁能积为63 kJ/m3的磁体，这些样品代表了增材制造永磁体的新标杆。以矫顽力为例，我们分析了激光功率、扫描速度和层间距的影响，证明矫顽力可通过简单的唯象模型得到充分描述。
关键词： 永磁体、功能材料、磁性材料、钕铁硼、矫顽力、激光粉末床熔融（LPBF）
更新于2025-09-23 15:19:57
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考虑流动硬化与软化的激光粉末床残余应力解析力学建模
摘要： 通过激光粉末床熔融（L-PBF）工艺制造部件时会产生残余应力，这会导致零件因裂纹萌生与扩展、疲劳寿命降低以及尺寸超差而失效。热载荷作用下，受应变硬化和流动软化影响的晶粒尺寸通过动态再结晶（DRx）及后续回复在近表层发生改变。合金的屈服强度主要由形核晶粒尺寸决定，并对流动应力和残余应力累积产生重大影响。本研究以IN718为探索材料体系，提出基于物理的分析模型来预测L-PBF过程中受应变硬化、流动软化和微观组织演化影响的残余应力。采用瞬态移动点热源法预测温度场。非均匀加热会使材料承受可能超过材料屈服强度的高热应力，该热应力通过点体载荷应力格林函数获得。采用Johnson-Cook材料本构流动应力模型确定屈服面，并对该模型进行改进以纳入流动软化和晶粒尺寸的影响。利用动态再结晶和晶粒细化模型，根据形核速率和生长速率得出的再结晶体积分数计算晶粒尺寸。由于循环加热冷却及材料屈服，结合塑性变形体积不变特性与平衡兼容条件，根据金属增量塑性和运动硬化行为预测残余应力累积。分析型残余应力模型的结果与X射线衍射测量获得的L-PBF制备IN718试样残余应力数据高度吻合。
关键词： 残余应力、微观组织演变、应变硬化、流动软化、激光粉末床熔融
更新于2025-09-23 15:19:57
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探究一种新型热源模型与自适应重划分网格技术以模拟激光粉末床熔融过程并进行实验验证
摘要： 提出了一种基于有限元方法、具有自适应网格重划功能的三维传热模型，用于模拟金属粉末激光粉末床熔融过程中多轨道多层结构的构建，该模型具有更强的计算能力。通过量纲分析确定了热源尺寸与激光参数及合金粉末特性的函数关系。该计算模型用于计算SS316L粉末在多轨道多层构建时不同激光功率与扫描速度组合下的熔池截面。计算结果与相应实验测量值进行了广泛验证。进一步利用该模型评估其预测缺陷（如熔道不连续和相邻轨道/层间未完全熔合）的能力。总体而言，自适应网格重划和提出的热源表达式能在保持模拟多轨道多层激光粉末床熔融结果精度的同时，通过减少计算时间和内存需求显著提升模型性能。
关键词： 选择性激光熔化（SLM）、熔池尺寸、自适应重划分网格、激光粉末床熔融（L-PBF）、熔池缺陷、SS316L合金
更新于2025-09-23 15:19:57
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采用激光粉末床熔融技术制备的具有不同几何形状的类单晶不锈钢316L
摘要： 在本研究中，我们探索了采用激光粉末床熔融（LPBF）技术制备具有不同几何形状（薄支柱、立方体、壁状结构及模拟泵叶轮）的单晶或类单晶316L不锈钢（SS316L）的可行性。LPBF制备的SS316L薄支柱具有以〈110〉∥构建方向（BD）为特征的晶体织构单晶核心。立方体、壁状结构及泵叶轮不仅保持了该〈110〉∥BD织构，还呈现出明确的类单晶{110}〈001〉高斯织构。所有样品中均发现了胞状亚晶结构，其一次枝晶臂间距（PDAS）小于1微米，且生长方向与构建方向呈45°角偏移。薄支柱的胞状亚晶结构中还检测到纳米级析出物和位错。我们对不同几何形状（薄支柱、壁状结构及模拟泵叶轮）的力学性能进行了研究对比，发现壁状结构与模拟泵叶轮的各向异性力学响应与其晶体织构相关。
关键词： 单晶、几何结构、晶体织构、激光粉末床熔融、力学性能、316L不锈钢
更新于2025-09-23 15:19:57
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激光粉末床熔融成形的Inconel 625孔隙特征及其对拉伸性能的相应影响
摘要： 本研究考察了激光粉末床熔融（LPBF）工艺在不同激光功率下制备的Inconel 625部件的拉伸行为，并将其与体孔隙率及X射线计算机断层扫描（CT）提取的孔隙特征（如孔径、长径比形态和极性取向）相关联。采用扫描电子显微镜（SEM）分析拉伸试样的断裂模式和失效起源。原始态试样的微观结构检测表明：随着激光功率提升，熔化模式从未熔合转变为小孔熔化，试样体密度相应从98.86%增至99.29%。研究发现整体孔隙率水平与部件的极限抗拉强度（780-820 MPa范围）及断裂应变（0.2-0.39范围）无直接关联。通过对比拉伸试验前后的CT数据集获得的详细孔隙空间特征，建立了缺陷尺寸、形态、取向与试样拉伸性能的关系。总体而言，断裂应变直接受孔隙空间特征影响，而抗拉强度则同时受孔隙空间和微观结构特征共同作用。本研究还发现LPBF工艺存在系统性偏差效应，可能源于粉末铺展和气体流动等干扰变量的共同影响。
关键词： Inconel 625合金、孔隙空间特征、激光粉末床熔融、拉伸行为、X射线计算机断层扫描
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用高温感应预热系统的Ti-48Al-2Cr-2Nb无缺陷激光粉末床熔融成形
摘要： 在工业领域中，激光粉末床熔融系统能够将金属粉末近净成形为具有独特设计特征的复杂几何结构。这使得该技术对许多需要高性能材料与轻量化设计、晶格结构及有机形态相结合的工业应用颇具吸引力。然而，许多适合制造这些功能部件的合金因其裂纹敏感性而被归类为难焊接材料。目前γ-TiAl合金通过电子束熔融工艺生产能源领域的组件，该工艺通过层间预热实现无裂纹加工，但几何精度不足。采用激光粉末床熔融技术可提高加工精度，从而简化后续处理工序。不过工业级激光粉末床熔融系统的基板下方电阻加热元件通常无法达到γ-TiAl合金加工所需的高温，因此构建部件的高温预热及沉积过程结束后的冷却速率控制等特性仍需深入研究。本研究展示了一种新型感应高温激光粉末床熔融系统的设计与实现，用于加工Ti-48Al-2Cr-2Nb合金。试样在800°C预热条件下制备，并将构建结束时的冷却速率控制在5°C/分钟，成功抑制了裂纹形成，实现了超过99%的表观密度。
关键词： 高温，预热，钛铝合金，激光粉末床熔融，能量生成
更新于2025-09-19 17:13:59
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一种利用激光粉末床熔融过程中熔池图像预测激光功率的卷积神经网络
摘要： 在激光粉末床熔融工艺中，卷积神经网络可构建优质的回归模型，通过熔池图像预测激光功率值。为进行实证验证，我们采用金属增材制造设备监测系统采集的图像数据，通过超参数网格搜索对卷积网络进行最优配置。该网络仅0.12%的测试图像超出预测激光功率值可靠性的判定标准，在预测训练步骤中未出现的激光功率状态时，其精度优于深度前馈神经网络。我们预计该模型可用于发现增材制造过程中导致缺陷的层内问题位置。
关键词： 卷积神经网络、熔池图像、过程监测、金属增材制造、激光粉末床熔融
更新于2025-09-19 17:13:59
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电子元件集成于金属激光粉末床熔融部件的设计理念
摘要： 增材制造（AM）因其能够仅通过单一组件实现整个装配件功能而区别于其他制造工艺。为进一步提高增材制造零件的功能密度，有必要在基于激光粉末床熔融的制造过程中将传感器集成至金属部件内。本文提出了利用特定个体化标准实现电子元件自动化集成的设计理念。针对自动化嵌入工艺，研究制定了标准化实体方案，用于在设计空间内统一不同类型的传感器。
关键词： 设计理念、嵌入式电子技术、激光粉末床熔融、增材制造、传感器集成
更新于2025-09-19 17:13:59
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体积能量密度在Inconel 718激光粉末床熔融研究中的相关性
摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）技术能够制造具有定制力学性能和表面特性的产品。实际上，表面纹理、粗糙度、孔隙尺寸、最终致密度以及显微硬度都高度依赖于加工条件，而这些条件极难控制。因此，本文旨在研究体积能量密度（VED）这一综合指标与若干关键工艺参数的关联性及其潜在应用价值。研究证实：通过体积能量密度可以解释表面粗糙度、孔隙数量与尺寸、致密度及维氏硬度的实验观测变化，这有助于研究者同步调控多个工艺参数。
关键词： 增材制造、表面粗糙度、激光粉末床熔融
更新于2025-09-19 17:13:59
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纤维素纤维过滤器对激光粉末床熔融增材制造中大气湿度的贡献
摘要： 纤维素材料常用于制造激光粉末床熔融（LpBF）增材制造（AM）设备中的颗粒过滤器。通过实验方法计算了不同相对湿度（RH）条件下纤维素过滤器中的吸湿量及吸附动力学。研究获得了过滤器在使用前储存期间理论上可容纳的湿气量预测值，并进一步展示了LpBF过程中可能转移至构建腔室的湿气脱附量及其速率。本工作强调了增材制造加工前过滤器储存与预处理的重要性。
关键词： 激光粉末床熔融、纤维素纤维过滤器、大气含水量、增材制造
更新于2025-09-19 17:13:59