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一种基于图像的激光粉末床熔融羽流特征监测统计学习方法
摘要： 金属增材制造工艺的工业突破主要集中于航空航天和医疗等高度监管领域，这些领域对零部件及工艺认证具有极高要求。因此，业界日益关注能在加工过程中实时监测缺陷与不稳定状态的工具——这类工具能从工艺初始阶段就捕捉异常。实时测量数据可视为工艺行为的"特征签名"和最终零件质量的间接指标。本研究基于这样的理念：激光粉末床熔融（LPBF）工艺的副产物可作为过程特征来设计统计监测方法。具体而言，本文提出通过原位红外（IR）视频成像监测材料蒸发及周围气体加热形成的羽流，以此监控LPBF工艺。随着工艺自然动态变化，羽流的形态会在连续帧间自然改变，这种羽流描述符的多模态模式限制了传统统计监测技术的有效性。为此，我们提出名为K图的非参数控制图方案，该方案能根据监测数据的动态变化模式自适应调整报警阈值。通过锌粉LPBF的实际案例研究，验证了该方法在检测不稳定状态初期的能力——尽管锌因生物医学应用潜力巨大，但其低熔沸点特性给LPBF工艺带来特殊质量挑战。对比分析突显了本方法相较于其他竞争技术的优势。
关键词： 工艺羽流，金属增材制造，激光粉末床熔融，红外成像，在线监测，锌
更新于2025-11-28 14:24:20
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一种用于选择性激光熔化的高强度Al–Zn–Si–Mg–Cu合金的开发
摘要： 尽管增材制造工艺已在多个工业领域广泛应用，但目前专为这些技术设计和优化的材料仍很有限。当前市场上仅少数铝合金可用于结构件的3D打印，其中含硅镁元素的铸造铝合金是最常见的增材制造用铝合金，虽具有优异的加工性能但力学性能一般。本研究通过混合Al-Er-Zn-Mg-Cu与Al-Si-Mg粉末并分析其选区激光熔化后的组织与性能，探究了硅元素对高强度Al-Er-Zn-Mg-Cu合金热裂敏感性的影响。最终设计出新型Al-Er-Zn-Si-Mg-Cu合金，采用气体雾化法制备成粉末合金并进行测试。通过同步辐射X射线衍射、差示扫描量热法和显微分析研究了该合金的组织与相变。经选区激光熔化处理的Al-Er-Zn-Si-Mg-Cu合金相对密度达99.8%，检测组织内未发现热裂纹。同时评估了该合金从铸态和固溶退火状态进行时效处理的能力，结果表明其具有良好的直接时效响应（直接从铸态开始），在165°C优化时效2小时后，屈服强度和抗拉强度分别达到402MPa和449MPa，硬度为174HV。
关键词： 差示扫描量热法、金属增材制造、力学性能、同步辐射X射线衍射、高强度铝合金
更新于2025-11-21 11:18:25
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直接金属激光烧结中表面粗糙度与致密化的关联
摘要： 金属增材制造（AM）技术（如直接金属激光烧结DMLS）的日益广泛应用，要求我们深入理解如何确定最佳DMLS工艺参数以实现目标性能（如降低缺陷密度和/或获得理想表面特性）。为此，开发快速、经济且能评估零件质量的简易策略至关重要。本研究通过关联AM成型零件的面内表面粗糙度与DMLS工艺参数及致密度，实现了通过表面粗糙度测量快速准确间接测定AM零件致密度的目标。研究采用两组DMLS工艺参数和一个几何参数，制备了150余个参数各异的矩形立方体试样（全部使用DMLS常用钛合金Ti-6Al-4V粉末）。首先为所有试样定义并测量两个线粗糙度参数，分析其与DMLS及几何参数的关联性；其次测定所有试样的致密度并展示其与DMLS工艺参数的相关性；最后系统分析了线粗糙度参数与致密度之间观测到的关联规律。
关键词： Ti-6Al-4V，表面粗糙度，致密化，工艺参数，金属增材制造
更新于2025-09-23 15:21:01
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采用选择性激光熔化（SLM）技术制造医用级ASTM F75钴铬（CoCrMo）支架的元素分析、碳硫分析及冲击试验表征
摘要： 本文阐述并论证了金属增材制造（MAM）技术利用ASTM F75钴铬粉末生产定制化复杂支架结构的能力。目前正在开发并测试元素分析（EDX-SEM）、碳硫分析和冲击试验，从而探索MAM工艺在未来支架制造中的潜在应用领域。通过改用MAM工艺，可减少生产步骤，从而根据患者需求实现支架定制化。所采用的支架模型来自第三方供应商，制造过程使用EOSINT M280金属打印机，并借助Materialise Magics 19.0软件生成支撑结构。
关键词： 支架，扫描电子显微镜（SEM），选择性激光熔化（SLM），钴铬合金（CoCrMo），能量色散X射线光谱仪（EDX），金属增材制造（MAM）
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过选择性激光熔化控制316L奥氏体不锈钢的晶体取向
摘要： 近年来，增材制造作为一种能够控制金属材料晶体织构的技术备受关注。我们通过选择性激光熔化（SLM）成功实现了对316L奥氏体不锈钢晶体织构的控制。通过改变激光扫描速度，获得了三种独特的织构：沿构建方向具有{001}取向的单晶状织构、由沿构建方向具有{011}和{001}取向的两种晶粒交替堆叠形成的晶体层状织构，以及取向相对随机的多晶结构。熔池形状及凝固行为（热梯度和固/液界面迁移速度）可能是SLM工艺下晶体织构演变的重要控制因素。
关键词： 各向异性、晶体织构、金属增材制造（AM）、选区激光熔化（SLM）、熔池
更新于2025-09-23 15:19:57
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三维打印金属部件的激光抛光：表面完整性研究综述
摘要： 3D打印是一种新兴技术，相比传统制造工艺能以更短周期制造复杂部件。该技术通过逐层沉积材料，可直接根据CAD模型构建金属功能部件。制成的部件通常表面粗糙度较高，需经后处理才能直接投入使用。由于耗时长、需要熟练技工且自动化程度有限等缺点，传统精加工工艺在自由曲面部件的精整中应用较少。激光抛光是一种高效率、非接触式且全自动的后处理技术，在过去二十年间展现出降低3D打印金属部件表面粗糙度的良好效果。该技术通过激光照射使材料表面凸起部分熔化成极薄层，并借助表面张力和重力重新分布至凹陷处。实践证明，激光抛光技术适用于从铝等反光材料到镍基合金和钛合金等高强度材料的多种材质抛光。本文综述了激光与金属3D打印所用不同材料表面完整性和机械性能的相互作用关系，并针对各类材料给出了激光功率、光束直径、扫描速度及扫描间距等最佳工艺参数。
关键词： 后处理、表面粗糙度、精加工、金属增材制造、选择性激光熔化、激光重熔
更新于2025-09-23 15:19:57
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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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选择性激光熔化的原位光学发射光谱分析
摘要： 选择性激光熔化（SLM）作为一种粉末床增材制造工艺，其局部加工条件的差异可能导致缺陷并引发零件失效。SLM工艺特性允许对加工过程中从零件表面发射的辐射信号（包括激发合金元素的光学发射）进行原位监测。通过光学发射光谱（OES）测量发射光的频谱成分，可以深入了解SLM加工过程中汽化激发物种的化学组成及相对强度。本文报道了研究利用原位OES获取SLM加工局部条件信息的贡献：将光谱仪分光至SLM系统激光束路径中，测量304L不锈钢加工时熔池和羽流发射的可见光。该在线配置可不受激光扫描位置影响实现信号采集。通过关联光谱信息与不同构建条件（即工艺参数、构建腔室气氛类型及压力）下SLM试样的熔池尺寸特征，本文讨论了特定构建腔室条件下实施OES的局限性。这些成果是OES应用于SLM零件质量评定与控制领域的初步进展。
关键词： 金属增材制造、光学发射光谱、原位监测、粉末床熔融
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用激光金属沉积技术实现功能梯度金属材料的增材制造
摘要： 功能梯度材料（FGMs）因其通过组分或结构渐变分布所形成的梯度性能，在工业界引发了广泛研究兴趣。近年来，金属功能梯度材料受到重点关注，而增材制造（AM）已成为制备金属FGMs的重要途径。本文旨在综述激光金属沉积（LMD）这一广泛应用于金属材料的增材工艺所制备金属FGMs的研究进展：首先介绍FGMs的独特性能优势；随后系统总结与讨论不同类型金属FGMs通过LMD实现过渡路径设计、制备及表征的典型研究成果；最后探讨LMD制备金属FGMs面临的挑战，并提出模型表征、数值模拟等FGM相关领域有待深入研究的方向。
关键词： 激光金属沉积、中间段、过渡路径、金属增材制造、材料表征、功能梯度材料
更新于2025-09-16 10:30:52
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激光金属增材制造中熔体流动动力学的原位全场映射
摘要： 熔体流动在激光金属增材制造中起着关键作用，但熔池内部的熔体流动行为从未被明确揭示。本研究通过原位高分辨率同步辐射X射线成像技术，利用大量均匀分散的微示踪剂，首次实现了激光金属增材制造过程中整个熔池各区域熔体流动动力学的原位表征。研究揭示并量化了传导模式与凹陷模式下熔池不同区域的特定位置流动模式，识别了熔池各位置的物理过程。本文报道的全场熔体流动映射方法为研究真实增材制造条件下的详细熔体流动动力学开辟了新途径。所获结果为激光增材制造工艺提供了关键见解，对开发可靠的高保真计算模型至关重要。
关键词： X射线成像、熔体流动、激光加工、粉末床熔融、金属增材制造
更新于2025-09-12 10:27:22