Ti-Ni合金选区激光熔化快速成型基础实验研究

选区激光熔化（SLM）是一种极具挑战力的新型快速成型技术，能一步加工出具有冶金结合，相对密度接近100%，具有复杂结构、高的尺寸精度及好的表面粗糙度的金属零件。选用适用于医学植入体的Ti-Ni合金材料进行了选区激光熔化成型实验研究。讨论了扫描速度、铺粉厚度、激光功率等加工参数对成型致密性及成型精度的影响。设计和成型了梯度网格结构，重点分析了翘曲变形现象的成因及消除方法，认为可通过特殊的扫描策略，减小成型件各处温差的方法有效消除成型件的翘曲变形。对成型样品的内部组织显微分析表明，成型样品达到了完全的冶金结合，内部由枝晶和等轴晶两种组织构成，其分布取决于扫描方式、扫描速度、激光功率等参数。     

选区激光熔化快速成型制造精密金属零件技术

对金属粉末材料进行了自动化成型工艺实验，结合实验，研究了影响金属零件直接自动化成型的硬件因素、软件因素和材料因素。其中硬件的影响主要是激光的光束质量和功率、聚焦系统、扫描系统和铺粉系统等;软件的影响主要是扫描策略、切片软件的使用和CAD模型的建立等;材料方面的影响主要是材料的成分、熔点、粒度和粉末的粒径等。通过针对不同成分和粒度的粉末材料的实验，获得了从CAD模型到分层制造出金属实体的样件，结果表明，成型零件的致密度达100%，尺寸精度小于0.1 mm，是完全冶金结合的具有较高成型精度的金属零件。     

金属零件选区激光熔化快速成型技术的现状及发展

选区激光熔化(SLM)是为了直接获得致密的金属零件而发展起来的一种新型快速成型工艺.该方法利用直径30～50 μm的聚焦激光束,把金属或合金粉末逐层选区熔化,堆积成一个冶金结合、组织致密的实体.其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理就可直接作模具或工具使用.阐述了目前SLM设备、工艺、软件等方面的现状、发展及应用.     

选区激光熔化直接成型个性化骨科手术模板

为了简化股骨肿瘤切除手术的操作,提高切除部位的准确性,根据患者计算机断层(CT)扫描和三维重建等临床影像学资料为股骨肿瘤切除手术设计了一种定位模板.利用自主研发的选区激光熔化(SLM)快速成型设备Dimetal-280进行了316 L不锈钢粉末的正交实验工艺研究,获得优化参数,并用该参数加工所设计的手术模板,加工速度快,成型后外形良好,尺寸精度高,在临床手术中获得成功应用,为个性化医学植入体以及辅助器械的高性能、自动化加工开辟了一种新方法.     

铜磷合金粉末选区激光熔化成型研究

为了应用选区激光熔化技术直接制造金属零件,采用Dimetal 240快速成型机对平均直径为75μm的铜磷合金粉末进行了工艺试验。成型机配备200W半导体抽运Nd:YAG激光器,激光功率为103W～117W,内部扫描速度为0.25m/s～0.41m/s,边框扫描速度为0.15m/s,铺粉厚度为0.2mm。所得试样用扫描电镜和光学显微镜进行了微观组织分析。试样层问结合为冶金结合,致密度达到90%以上,层内组织为细长枝晶,层问组织为细小等轴晶。结果表明,通过设定合适的工艺参量,选区激光熔化技术可以直接成型金属零件。     

选区激光熔化快速制造个性化不锈钢股骨植入体研究

为解决传统人工股骨植入体个体匹配性差,结构强度与生物活性难统一等问题,提出了个性化股骨植入体的优化设计及制造方法.采用解剖学建模技术设计出外形匹配,内含三维网状构架的假体模型.利用316L不锈钢粉末结合选区激光熔化快速成型技术在含氧量小于0.15%的气氛下,完成实体制造.研究结果表明,该方法能快速而精确地制造出形状复杂的个性化人工股骨植入体.提出的优化结构的设计方法能使不锈钢植入体的质量减少65.5%,符合设计需求.表面质量较好,尺寸误差在±1mm以内,未经打磨表面粗糙度达到Ra30μm,硬度达到HRC32.     

扫描路径对选区激光熔化热力演变的影响

选区激光熔化（SLM）是增材制造成形的主要工艺方式,其应用越来越广泛。影响其成形性能的主要因素是工艺参数组合方案,而扫描方式是其中的一个关键参数。本文以两种最常用的扫描路径为研究对象,深刻揭示其热力影响规律。首先建立符合SLM工艺特点的热力耦合仿真模型,并基于有限元软件进行二次开发,实现不同路径的仿真模拟;然后以一组工艺参数为例进行了仿真,结果表明,条纹式扫描轨迹的熔池几何和热应力均大于棋盘式;最后,通过熔道形貌与残余应力测试等多组试验数据均验证了仿真结果的正确性。该研究探明了扫描轨迹对SLM成形热力的影响关系,并为工程实践应用提供了一种高效的工艺仿真方法,从而便于进行SLM成形质量预判分析。     

选区激光熔化成型悬垂面质量的影响因素分析

悬垂结构是选区激光熔化成型存在的固有几何限制,其容易导致成型件形状与尺寸精度变差。为了掌握悬垂面成型出现缺陷的原因,在自主研发的选区激光熔化成型设备上,采用316L不锈钢粉末,进行了高速与低速条件下成型不同倾斜角度和不同扫描线长度的悬垂结构实验。结果表明,倾斜角越小和扫描速度越小,翘曲变形越严重,理论分析了最小成型角度与可靠成型角度分别与高速扫描、低速扫描的实验结果吻合。高速扫描可成型具有最小成型角度的悬垂面,而低速扫描下只能成型可靠成型角度的悬垂面。悬垂面沿着长线扫描方向更容易发生翘曲变形。通过对悬垂面进行局部成型参量控制,可以明显改善成型质量。本研究从工艺与设计的角度为选区激光熔化技术成型悬垂面提供了依据,并给出了初步解决方法。     

选区激光熔化直接成型个性化舌侧托槽的研究

为了探讨应用选区激光熔化快速成型技术直接制造个性化金属舌侧托槽的可行性,采用3维激光扫描仪采集与重建牙颌模型数据,并以该数字模型为基础,应用3维软件进行了个性化舌侧托槽的CAD设计,再通过自主研发的选区激光熔化快速成型机直接制造出个性化金属舌侧托槽,并对托槽的直接成型质量进行了理论分析和实验验证。结果表明,3维激光扫描仪获得的牙颌模型数据可以满足个性化舌侧托槽设计要求;应用选区激光熔化技术能够制造出与实际牙颌模型相一致的个性化舌侧托槽,取得了个性化前牙槽沟宽度为0.471mm±0.009mm数据,前牙槽沟宽度CAD设计值为0.460mm,两者间没有统计学上的差异(p0.05)。这一结果对选区激光熔化技术直接制造个性化金属舌侧托槽的实际应用是有帮助的。     

光纤激光器及其在选区激光熔化快速原型制造中的应用

选区激光熔化（SLM）是一种直接由金属粉末或陶瓷材料成型产品的快速原型制造工艺,它从CAD原型出发建构几乎100％致密、具有良好机械性能的原型。这就需要其核心部件激光器具有光束模式好、光斑细、响应速度快的特点,而光纤激光器比起传统采用的YAG激光器可以更好地满足这些要求,从而为光纤激光器在SLM中的应用提供了无限的发展空间。目前,采用固体光纤激光器的SLM设备已经能用低熔点合金、锌、青铜、不锈钢和工具钢生产零件或模具嵌件。     

采用区域选择激光熔化法制造铝合金模型

对采用区域选择激光熔化(SLM)技术制造铝合金(如AlSi25,AlSi10Mg,AlMgSi0.5和AlMg3粉末)模型进行了工艺研究。研究表明不同的铝合金粉末具有不同的加工阈值。当激光功率超过粉末的加工阈值时,粉末与基体之间形成致密的冶金结合,为获得致密度为100%的铝合金模型提供了可能性。不同铝合金模型的致密度随着激光功率和扫描速度的变化而变化,但是不同铝合金对孔洞以及裂纹形成的敏感性不同,这主要是由铝合金粉末的不同冶金特性导致的。经过工艺摸索,采用优化参数制造AlSi10Mg拉伸试样,经测试,其机械性能超过了该合金铸造后经时效的拉伸试样性能。表明区域选择激光熔化技术是金属模型和零件直接制造的有效方法之一。     

利用半导体激光选择性烧结的快速成型技术

提出了一种新的基于半导体激光的选择性激光烧结快速成型方法。由若干个单独驱动的高功率半导体激光器形成线阵,经过光学准直器,在工作面上形成若干激光短线,并连成与线阵长度相等的激光线束。扫描方式采用导轨Ｘ－Ｙ联动,不存在振镜扫描的“圆弧效应”,因而提高了质量。     

选区激光熔化快速成型过程温度场数值模拟

为了优化铜磷合金粉末选区激光熔化快速成型的工艺参数,采用有限元分析软件ANSYS对其温度场进行了模拟,经理论分析和实验验证,获得了其温度场分布的数据.对材料未知温度范围内的热特性参数用插值法近似获得,采用不等网格剖分方式,用热焓去处理相变潜热问题.结果表明,其温度场的等温线分布为椭圆形,用模拟遴选的工艺参数(在铺粉厚度为0.22mm时,选用激光功率为100W、扫描速度为0.25m/s和激光束半径为0.1mm)能实现选区激光熔化快速成型.这一结果对其它粉末材料的选区激光熔化快速成型也是有帮助的.     

快速成形激光二极管能量源研究

针对现有激光快速成形系统使用气体激光器存在的缺点,研究使用激光二极管(LD)的新型能量源来代替气体激光器.对LD的光束特性和准直扩束技术进行了分析、研究,并对其聚焦后的焦斑功率密度、成形中的扫描速度等参数进行计算与分析.LD新型能量源寿命长、工作可靠,且体积小易于实现装置小型化,有利于提高成形精度和质量,有利于拓宽成形材料范围.     

激光快速成型系统新型能量源的研究

快速成型机的小型化、低成本化是当今快速成型机技术的主要发展方向。现有激光快速成型系统使用的激光光源大都是气体激光器。针对现有激光快速成形系统使用气体激光器存在的缺点,研究使用半导体激光器或光纤激光器的新型能量源来代替气体激光器。提出了使用高功率半导体激光器线阵和高功率光纤激光器线阵两种方案,并比较了利用此两种方案作为激光快速成型系统能量源的优缺点。     

振镜扫描系统的枕形畸变校正算法

振镜扫描系统在快速成型系统中被广泛采用。由于扫描镜片的偏转角和平面坐标之间存在着本质的非线性映射关系 ,如果用简单的线性对应关系来控制振镜的偏转 ,则会产生枕形误差。分析了枕形畸变的产生机理 ,并给出了软件校正算法     

基于CT数据反求快速制造牙颌技术研究

为了快速制造牙颌模型和用于正畸领域的转移托盘,采用螺旋CT扫描数据、3维反求和快速成型技术相结合,分别用选择性激光烧结技术与光固化树脂成型制造牙颌,重点提出用选区激光熔化技术快速制造金属牙颌与舌侧托槽组合体,再由吸塑工艺制得正畸治疗所需的转移托盘方法。获得了牙颌模型具有高的尺寸精度,所得的转移托盘能够与托槽吻合完好。结果表明,此方法为正畸医生的诊断、治疗所需要的牙颌模型提供了较好的制作思路,并为托槽安装定位提出了好的方法。