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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 激光粉末床熔融（L-PBF）工艺制备的AlSi10Mg构件加工诱导残余应力

    摘要： 由于对增材制造工艺认知的不断深入以及工业生产新系统的日益普及，基于金属粉末的激光加工工艺（L-PBF）在工业应用中的采用范围持续扩大。使用L-PBF工艺需要对传统零件与增材制造零件的力学性能进行更深入的研究和比较。例如，通过L-PBF制造的金属零件可能需要进行额外的机加工操作，这会改变增材组件的应力状态。本研究采用半破坏性钻孔法，探究了机加工操作对L-PBF制造的AlSi10Mg零件残余应力状态的影响。

    关键词： AlSi10Mg，机械加工，钻孔法，残余应力，激光粉末床熔融

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 脉冲激光粉末床熔融过程中工艺参数对单道轨迹形成的影响

    摘要： 金属材料激光粉末床熔融（L-PBF）作为一种极具前景的制造技术正受到越来越多的关注。尽管大多数L-PBF系统采用连续波激光束（L-PBF(CW)），但过去几年中部分工业L-PBF设备已开始应用脉冲激光（L-PBF(P)）。先前研究表明，使用脉冲激光能更精准控制加工过程中的热输入和熔池形成，从而提升L-PBF的空间分辨率和特征尺寸精度。本研究采用脉冲激光配合连续扫描运动（而非当前工业L-PBF(P)设备常用的"点射式"方法）开展实验，使用试验性L-PBF系统（IPG镱光纤激光器，波长1075 nm）对成分相近基材上的气雾化316L不锈钢粉末进行加工。在固定层厚50 μm条件下，通过三种不同脉冲长度（50、100和200 μs）熔覆单道轨迹，并根据六组预设体积能量密度值（VED 36-120 J/mm3）调节脉冲重复频率、扫描速度和激光功率。为便于对比，另采用相同激光器的连续波发射制备了对照样品。实验发现L-PBF(P)样品的熔覆轨迹比CW发射样品更窄。当保持VED值恒定时，缩短脉冲长度或降低扫描速度会减小熔覆轨?？矶燃捌浠纳干疃取Ｖ档米⒁獾氖?，更短的脉冲长度需要相邻脉冲间更大的重叠率才能形成连续轨迹。脉冲发射模式展现出提升L-PBF工艺空间分辨率的潜力。

    关键词： 激光粉末床熔融、单道轨迹、脉冲发射、AISI 316L不锈钢、增材制造

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 颗粒形态与粒度分布对Ti-6Al-4V合金粉末流动性及激光粉末床熔融成形性的影响

    摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）增材制造技术对粉末颗粒形貌和粒度分布的变化十分敏感。然而，由于粉末特性与LPBF性能之间缺乏明确关联，这给LPBF粉末原料的开发、选型及质量控制带来了困难。本研究选取了采用等离子雾化与气雾化两种不同工艺制备的三个Ti-6Al-4V粉末批次进行表征。在对粉末颗粒形貌、粒度和松装密度进行显微CT分析后，同步采用霍尔流速计、古斯塔夫森流速计和FT4粉体流变仪评估这些粉末批次的流动性。基于既定的流变学标准，提出了一个综合指标来量化粉末对LPBF工艺的整体适用性。随后使用相同三组粉末，通过不同层厚和构建方向制备并后处理了一系列测试样件，以建立粉末特性与最终产品几何与力学性能的关联。研究表明：采用高球形度且细粉含量有限的粉末能提升其流动性，并获得具有更优力学与几何特性的LPBF构件。

    关键词： 球形度、粉末流动性、粒度分布、激光粉末床熔融、层厚、Ti-6Al-4V

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 基于高斯过程机器学习模型的不锈钢激光粉末床熔融工艺设计

    摘要： 本研究开发了一种基于高斯过程（GP）的机器学习模型，用于预测激光粉末床熔融工艺中单道熔覆深度与激光功率及扫描速度的函数关系。该GP模型通过文献中的模拟数据和实验数据进行训练，在层厚30微米的粉末床上，其平均绝对预测误差仅为0.6微米，验证了模型的适用性。随后利用训练好的模型建立了316L和17-4 PH两种不锈钢的工艺设计图谱，并评估了识别匙孔模式的归一化焓准则。对于316L不锈钢，结果表明DH≥30准则应与粉末层厚度相关；对于17-4 PH不锈钢，该准则应修正为DH≥25。

    关键词： 不锈钢、工艺设计、高斯过程、机器学习、激光粉末床熔融

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 激光粉末床熔融增材制造热作模具钢的断裂韧性

    摘要： 研究了采用激光粉末床熔融（L-PBF）技术增材制造的AISI H13工具钢的断裂韧性。通过两种不同热处理工艺（淬火+回火QT和仅回火T）处理的小缺口弯曲试样，考察了构建方向对断裂韧性的影响。缺口分别沿构建方向平行（P//）、垂直（P┴）和纵向（L）线切割加工。两种热处理虽程度不同，均消除了原始态微观结构，并在马氏体基体中形成二次碳化物析出。直接回火件的微观结构比淬火+回火件更细密。断裂韧性从P┴取向至P//取向逐渐提高。尽管硬度更高，T试样在P//取向表现出更高的表观断裂韧性。P//取向试样中二次裂纹的形成提升了韧性，该效应在T试样中更为显著——其原始熔池边界处更强的碳化物析出促进了二次裂纹产生。此外，P//取向试样中激光扫描轨迹既作为裂纹扩展屏障，又起到应力耗散作用。

    关键词： 激光粉末床熔融、热作模具钢、断裂韧性、微观结构

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 消费级钛应用 || 激光粉末床熔融制造的钛合金植入物骨再生研究综述

    摘要： 生物材料上的骨再生是一个日益受到关注的话题，因为有望制造出能与现有骨骼结合的植入物。钛合金非常适合这一用途，已被证明具有生物相容性，同时具备适宜的力学性能[1]。此外，钛合金是金属增材制造（AM）领域研究最广泛的材料之一，这意味着可通过增材制造可靠地生产定制化植入物。最适合该应用的是粉末床熔融技术，其中激光粉末床熔融（LPBF）技术具有独特优势。本章重点研究通过LPBF技术制备纯钛和Ti6Al4V植入物的最新进展，聚焦骨整合的需求与实现能力。首节阐述骨组织结构及骨植入物的一般要求，明确不同类型植入物的差异化需求，并详细描述各类骨生长过程。随后章节讨论表面结构化——表面形貌与化学特性会显著影响骨生长的初始阶段，这对植入物成功至关重要。接下来介绍多孔结构（又称晶格结构），这类结构可实现骨长入与附着，该节阐述了此类晶格在促进骨生长方面的各项要求（孔径、晶格设计等），并总结当前研究成果。后续章节描述了通过LPBF制备的各类钛晶格结构的力学性能。接下来两节分别详细介绍了LPBF钛合金上骨生长的成功体外与体内实验。最后讨论章节总结了当前技术进展，并指明未来研究方向的关键需求。

    关键词： 骨再生、钛合金、激光粉末床熔融、增材制造、骨整合

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 激光粉末床熔融（LPBF）增材制造过程的赛博物理制造与人工智能框架

    摘要： 在激光粉末床熔融（LPBF）工艺中，已知有超过50个工艺参数会影响打印质量。当前最先进的工艺控制实践仅考虑其中一小部分参数——主要是影响熔池温度梯度和几何形状的激光功率与扫描速度。本文提出一个涵盖多种机器学习原理并利用云端存储生产数据的系统性平台。该框架旨在识别可能影响打印质量的工艺参数，从而制定可行的工艺控制策略。

    关键词： 激光粉末床熔融，金属3D打印，机器学习，过程监测

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 增材制造AlSi10Mg激光冲击喷丸的孔隙闭合效应

    摘要： 本文报道了通过非破坏性X射线断层扫描技术，在激光冲击喷丸（LSP）处理前后对同一样品进行观测所获得的独特发现。研究人员采用相同的X射线断层扫描参数，对两件增材制造铝合金（AlSi10Mg）拉伸试样在LSP处理前后的孔隙结构进行成像，并通过数据叠加实现直接对比。结果显示该工艺能显著闭合近表面孔隙，而对内部孔隙无影响。LSP作为改善材料（包括增材制造铝合金）疲劳性能的方法已广为人知，这种改善通常归因于工艺诱导的残余压应力。本研究揭示的近表面孔隙闭合附加效应对增材制造领域具有重要价值——鉴于当前增材制造尚无法生产完全无孔隙的构件。由于引发疲劳裂纹的关键孔隙总是源于表面或近表面区域，这些孔隙的闭合可能对提升疲劳性能具有额外作用。虽然仍需进一步研究以明确近表面孔隙与残余压应力效应的相对重要性，但本工作清晰证实了LSP的孔隙闭合效果：在本文所示工艺条件下，所有距表面0.7毫米范围内的孔隙均被闭合且未损伤表面，而更高喷丸能量会导致表面损伤。

    关键词： 增材制造、激光冲击强化、X射线断层扫描、铝合金、激光粉末床熔融

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 镍钛形状记忆合金的可扩展激光粉末床熔融加工

    摘要： 作者报道了采用脉冲激光粉末床熔融技术制备镍钛（NiTi）形状记忆材料的研究。研究人员首先通过单道激光参数扫描评估熔池稳定性，并确定大尺寸构件制备的能量参数与扫描间距。随后分析了熔池化学成分随激光能量密度及基板成分的变化规律。研究发现，在N200和Ti-6-4两种基板上，零件/基板界面均会形成脆性金属间化合物。虽然采用50Ni-50Ti基板可减少金属间化合物生成，但冷却过程中的热应力仍会导致分层现象。通过构建兼具柔性与热传导控制功能的晶格支撑结构，研究人员成功解决了所有基板上的分层问题并制备出宏观构件。该方法可实现复杂镍钛构件的规?；票?。

    关键词： 增材制造、形状记忆合金、镍钛诺、可扩展制造、激光粉末床熔融

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 粉末特性对激光粉末床熔融法制备氧化弥散强化Fe-14Cr钢的影响

    摘要： 为评估增材制造在核工业中的潜力，采用激光粉末床熔融（L-PBF）技术制备了氧化物弥散强化（ODS）Fe14Cr钢。目前此类材料通过将Fe14Cr雾化粉末与Y2O3和TiH2粉末共同球磨制得，所得粉末呈非球形且粒度较L-PBF设备常用粉末更粗。本研究详细分析了粉末特性对ODS Fe14Cr材料L-PBF加工性能的影响。实验采用四种不同尺寸、形貌及化学成分的粉末，结果表明：粉末粒度越细，获得致密样品的工艺窗口越宽；当能量输入超过110 J·mm?3时可缓解该现象。钇和钛的存在使ODS试样形成柱状晶组织，而Fe14Cr试样则呈现搅拌组织，钛和钇形成的氧化物会扩大熔池并诱导柱状晶生长。

    关键词： 增材制造、粉末流动性、金属基复合材料（MMCs）、化学成分、激光粉末床熔融（L-PBF）、粒度分布

    更新于2025-09-11 14:15:04