摘要：定向能量沉积过程的智能化建模有助于解决沉积制造精度低的问题。以沉积工艺参数(激光功率、送粉速率、扫描速率、喷嘴高度)为输入、熔道宽度和高度为输出设计实验,建立基于高斯径向(RBF)核函数的支持向量回归(SVR)模型,采用该模型对熔道尺寸进行预测,并采用改进的粒子群优化(PSO)算法对RBF-SVR的超参数进行自动全局寻优。结果表明:RBF-SVR预测熔道宽度和高度的平均相对误差分别为4.58%和5.33%,小于反向传播(BP)神经网络预测的平均相对误差(6.72%和7.96%);所建模型适用于定向能量沉积熔道尺寸的预测,并能对沉积成型工艺参数的选取提供帮助。

摘要：由于7075铝合金主要组成元素的沸点较低、熔体的表面张力梯度较大,加之定向能量沉积(DED)工艺中常用的圆形高斯分布(CG)激光束斑能量分布的不均匀性,导致7075铝合金DED试样的成形质量普遍不佳,这极大限制了7075铝合金DED的进一步应用。通过激光光场模式调控,可以有效改变熔池的温度场、流场及其相应的凝固条件,从而提升激光增材制造试件的成形质量和微观组织的主动控制能力。采用离轴抛物积分镜将CG光场模式匀化为圆形平顶分布(CF)光场模式,并进一步将CF光场模式倾斜以获得横向椭圆平顶分布(TE)光场模式。利用这三种不同的光场模式激光分别制备了7075铝合金DED的单道熔覆、单壁墙及块体试样。结合数值模拟,揭示光场模式对成形质量及凝固组织的影响规律及其内在机理。模拟结果显示,将激光束斑从传统的CG光场模式调制为CF与TE光场模式后,激光在熔覆层表面的热通量均匀性得到显著改善,进而减小了熔体温度梯度,提高了凝固速率。与CG光场模式相比,成形质量方面,CF与TE光场模式下单壁墙和块体试样的表面成形质量得到显著提升,其中单壁墙的宽度变化大幅降低,块体试样水平方向的尺寸精度提高,此外块体试样的致密度分别从95.8%提升至97.2%与97.7%;凝固组织方面,织构得到显著弱化,并且晶粒尺寸减小约50%,同时晶粒内纳米析出相η相的数量也有所增加。

摘要：目的在定向能量沉积(Directed Energy Deposition,DED)增材过程中,快速加热与冷却会导致增材构件出现晶粒粗大、孔洞裂纹缺陷多、综合力学性能偏差等问题,针对以上情况,对超声微锻造辅助DED增材316L不锈钢进行了研究。方法设计了一套活动自由度高、超声振动能量易集中的滚珠式超声微锻造辅助增材制造系统,并研究了该超声微锻造系统对DED增材316L不锈钢微观组织与力学性能的影响。采用控制变量法对DED增材316L不锈钢的打印参数进行了优化,获得了最优打印参数下未加超声微锻造辅助的不锈钢试样的组织和力学性能。然后在相同的打印参数下采用本文设计的滚珠式超声微锻造系统辅助制备不锈钢试样,并分析了滚珠式超声微锻造对试样微观组织与力学性能的影响规律。结果超声微锻造辅助DED增材能够细化柱状晶晶粒,使柱状晶宽度变窄,层间分布更加清晰,孔洞裂纹等缺陷减少,位错密度增加,位错密度由5.19×10^(13) m^(-2)升高至7.5×10^(13) m^(-2);在力学性能方面,试样的屈服强度与抗拉强度均有所提升,增材件的屈服强度由(517.4±0.73)MPa提升至(550.1±4.49)MPa,抗拉强度由(705.1±0.34)MPa提升至(736.5±7.44)MPa,屈服强度与抗拉强度均高于锻件(327 MPa,620 MPa)水平,塑性略有降低,试样的伸长率由(45.9±3.67)%降低至(37.01±3.6)%。结论滚珠式超声微锻造辅助DED增材316L不锈钢能够抑制晶粒的外延生长,细化柱状晶晶粒,减少孔洞裂纹等缺陷,提升其屈服强度与抗拉强度。

摘要：从增材制造技术的基本概念出发,研究了适用于金属材料的定向能量沉积(DED)技术和粉末熔覆(PBF)技术的基本原理、技术内涵以及技术发展,重点分析了增材制造技术在开发燃油喷嘴和低压涡轮叶片等商业化零部件的应用,以及对涡轮叶片、整体叶轮和齿轮等航空发动机部件的修复.研究表明,金属增材制造技术广泛适用于钛合金、镍基合金、钛铝合金等金属材料的航空发动机部件,在设计、制造和经济可承受性等方面具有优势.

摘要：针对金属激光熔化沉积成形质量影响机制与过程特征不明确所导致的质量可靠性与效果重复性较低、自适应控制困难等问题,采用同轴实时监测的方法,对不同金属激光熔化沉积工艺条件下的熔池动态特征进行监测,揭示不同熔池动态特征对形状精度演化行为的影响机制。以典型沉积工艺为研究对象,单道单层沉积中熔池几何轮廓和边缘熔融过渡区域面积与沉积层表面质量和宽度稳定性直接相关;单道多层堆积中的熔池几何轮廓与尾部特征对薄壁件壁厚变化有重要影响;多道单层搭接中熔池宽度的累加与粉末利用率的变化导致了传统搭接模型最优搭接率下表面搭接质量的下降;单道多层偏移堆积中的熔池塌陷与沉积层两端熔池面积可直接反应极限偏移与两端倾斜的演化过程。结果表明,通过熔池动态特征可以揭示金属激光熔化沉积中关键形状精度的演化行为,并建立新的形状精度模型,为后续激光熔化沉积工艺路径设计及实时反馈优化提供重要支持。

摘要：增减材复合制造技术是为解决增材制造成形件表面质量差、精度低这一问题而发展起来的新技术,为适应航天、模具等领域功能零件的快速高精度制造与现场修复需求、发挥机器人在增减材复合制造领域的优势,设计了一套基于双机器人的增减材复合制造平台。平台通过一台轻载20 kg定向能量沉积增材机器人与一台重载165 kg铣削减材机器人协同完成增减材制造加工,成形尺寸800 mm×800 mm×500 mm,成形效率可达500 cm^(3)/h。通过气动系统,增材机器人可快速完成激光/等离子不同能量源的切换与送粉/送丝不同材料输送方式的切换,减材机器人可通过自动换刀装置完成不同铣刀的切换。平台的控制系统由西门子S7-1200PLC作为总控,通过HMI人机界面对机器人、激光器、送粉器等设备进行控制并监控其运行状态,实现了控制系统一体化。平台高效率、高精度、高稳定性与高自动化的特点使其在复杂结构件快速高精度制造与现场修复方面展现出巨大应用价值。