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適用于功能梯度材料的選區(qū)激光熔化與冷噴復(fù)合增材制造技術(shù)

3D打印動態(tài)
2019
09/04
13:59
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供稿人:張曉宇 李滌塵

選區(qū)激光熔化技術(shù)是利用高能的激光熱源將金屬粉末熔化,、逐層累加制造出近凈成形工件的過程,,該技術(shù)具有加工精度高、性能好的特點(diǎn),,但選區(qū)激光熔化技術(shù)在制造不相容材料,、不可焊材料以及高反射率材料(如鋁合金)時(shí)容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷,影響性能,。冷噴技術(shù)是通過拉瓦爾噴嘴將粉末加速至超音速后沉積成形的過程,,由于該技術(shù)為冷加工過程,可實(shí)現(xiàn)對部分不可焊材料進(jìn)行增材制造,,但在加工高質(zhì)強(qiáng)比,、高硬度的材料(如TC4)時(shí)較難通過冷噴技術(shù)實(shí)現(xiàn)沉積。選區(qū)激光熔化與冷噴復(fù)合的增材制造技術(shù),可適用于功能梯度材料的成形,。


圖一 復(fù)合制造試樣示意圖
都柏林大學(xué)圣三一學(xué)院Shuo Yin等人利用選區(qū)激光熔化與冷噴復(fù)合增材制造技術(shù),,在選區(qū)激光熔化的鈦合金上冷噴鋁合金成功加工出功能梯度材料,并對其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,。這種復(fù)合的增材制造工藝有效地防止了不同材料連接處脆性相出現(xiàn),,成形出了含不可焊金屬成分的致密的、可機(jī)械加工的功能梯度材料,。盡管通過該技術(shù)得到了致密的微觀結(jié)構(gòu),,但仍具有一定缺陷。在采用激光選區(qū)熔化制造TC4時(shí),,由于未熔顆粒累積和表面粗糙度的影響,,試樣中有較大的孔洞缺陷。而在冷噴過程中缺陷主要表現(xiàn)為粉末未完全塑性變形產(chǎn)生的較小孔洞,。通過激光選區(qū)熔化制造的TC4試樣晶粒表現(xiàn)為針狀馬氏體組織,,不同于粉末材料的α和β相,使得硬度有所提高,。冷噴加工過程晶粒結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生變化,,但由于加工硬化效應(yīng)試樣硬度相比粉末有較大提升。此外,,斷口分析表明功能梯度材料具有較高的結(jié)合強(qiáng)度。


圖二 復(fù)合制造試樣內(nèi)部缺陷圖
該研究展示了一種復(fù)合制造的方式,,對成形試樣進(jìn)行了組織力學(xué)分析,,為今后面向功能梯度材料的增材制造方式提供了新的可能。

參考文獻(xiàn):
Shuo Yin, Xingchen Yan, Chaoyue Chen, Richard Jenkins, Min Liu, Rocco Lupoi, Hybrid additive manufacturing of Al-Ti6Al4V functionally graded materials with selective laser melting and cold spraying, Journal of Materials Processing Technology,Volume 255,2018,Pages 650-655,ISSN 0924-0136,

供稿人:張曉宇 李滌塵 供稿單位:機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室


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