摘要：由于激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)制造的零件存在气孔、熔合不良、微裂纹、杂质等固有缺陷,其疲劳力学性能一般低于传统工艺制造的零件。为了减少LMD零件中的缺陷,研究激光熔化沉积过程中缺陷形成与控制机理是十分必要的。本研究利用三维有限元模拟结合显微观察法分析阐明了激光熔化沉积过程中单道稀释率对重熔行为与沉积零件致密度的影响。首先测量了不同工艺参数下LMD零件的致密度,建立了单道沉积面能量密度与零件致密度的拟合曲线;然后研究了工艺参数对单道沉积几何特征的影响规律,以及单道沉积稀释率对零件沉积过程中重熔行为的影响;最后建立了单道沉积稀释率与零件致密度的拟合曲线,并发现其拟合度更高。本研究对激光熔化沉积过程中零件致密度控制具有一定的指导意义。

摘要：激光熔化沉积(laser melting deposition, LMD)是一种先进的金属增材制造技术,具有成形速度快、无模具制造、多轴操作系统和多余粉末可有效回收等特点。但是沉积过程中会出现成形质量不良的现象,导致LMD零件致密度下降,疲劳性能降低。为了提高316L奥氏体不锈钢LMD零件的致密度与疲劳力学性能,针对LMD单道沉积工艺过程,开展实验研究分析不同工艺参数下对单道沉积几何特征的影响。本文使用316L奥氏体不锈钢粉末在激光熔化沉积设备上进行相应的工艺研究,探索了激光功率与扫描速度对单道沉积几何特征的影响。通过对工艺参数与各几何特征进行回归分析,建立了回归模型,并确立了工艺参数对几何特征的影响规律。该工作为后续316L激光熔化沉积零件疲劳实验试样的制备提供基础与参数指导。

摘要：催化剂在化工生产中对产品生产效率起着至关重要的作用。某些催化剂在生产制造过程中需要进行焙烧加热制得,传统加热方式一般采用电阻丝进行加热。但电阻丝加热不能在较短时间内达到所需温度,并且温度和加热区域较难精确控制。因此,提出一种新型的选区激光加热方式。首先利用Zemax软件模拟对激光进行了光束整形,以达到最终出光面积为200 mm2、区域内能量密度均匀(5 W/cm2)的实际催化剂加热要求;其次设计了一套承载装置,实现了激光器、透镜加持装置、试管夹持装置的模块化拆装,便于后续更换、维修;最后提出了一套温度检测控制方案,通过Ansys模拟高斯光源加热,发现热源功率与催化剂材料受热点的最高温度呈线性相关,而后据此利用Matlab中的Simulink模拟PID算法,获得了PID控制激光功率与温度的合适参数。

摘要：为了研究激光熔化沉积高性能合金钢构件的疲劳问题,采用扩展有限元法和直接循环分析相结合的方法,进行了典型件疲劳裂纹扩展路径的分析,并进行了剩余寿命的预测。通过中心裂纹拉伸(CCT)试样的疲劳试验获得了材料Paris公式中的参量,并将其用于有限元模拟中。同时,分别运用有限元模拟方法和试验方法研究了CCT、紧凑拉伸-剪切试样的裂纹扩展过程。结果表明,有限元法得到的裂纹扩展路径和疲劳寿命与试验结果吻合良好,其中裂纹扩展路径偏转角的误差在16.54%以内,疲劳寿命的误差在2.72%以内。该方法可以较好地预测激光熔化沉积高合金钢构件的疲劳裂纹扩展路径和剩余疲劳寿命,具有一定的工程意义。