增材制造文献

基于开源切片路径规划的机器人电弧增材制造系统/洪恩航, 等. 焊接学报, 2021, 42(11): 65-69.

为提高电弧增材制造的灵活性和路径规划可靠性,使用ABB IRB1410工业机器人和Fronius CMT TPS3200焊接电源,通过Python自主编程利用开源切片软件Cura,成功搭建了电弧增材制造系统,自主开发了电弧增材制造软件,并进行了4043铝合金电弧增材成形.结果表明,自主开发的电弧增材软件能够读取开源切片软件Cura输出的二维路径数据,并进行转换和输入工业机器人,控制焊枪运行路径和焊接电源运行参数,有效实现电弧增材制造.使用直径1.2 mm的4043铝合金焊丝,在送丝速度为3.2 m/min、焊接速度8 mm/s、层高1.65 mm、氩气保护气体流量15 L/min条件下,分别成功制备71层单道多层试样和58层单道多层壳体零件.试样微观组织分析结果表明,成形件凝固组织为典型柱状晶,层与层之间搭接良好.壳体零件形状完整、表面质量良好.

预热温度对GTA增材制造钛铝合金组织及性能的影响/蔡笑宇, 等. 焊接学报, 2021, 42(10): 14-21.

高温结构材料TiAl金属间化合物的可加工性较差,复杂结构成形技术难度大,制造成本高.电弧增材可以实现TiAl基合金的原位低成本柔性制造,但制造过程中仍需注意裂纹控制问题.预热处理通过改善组织可以有效抑制裂纹产生.文中以Ti6Al4V与ER1100纯铝焊丝作为原材料,在200,300,450 ℃的预热温度下利用TIG焊原位合成了铝含量为50%(原子分数)的TiAl基合金,考察了不同预热温度下TIG电弧增材制造的钛铝合金的组织与力学性能.结果表明,随着预热温度的增加,构件的顶部与中部区域逐渐在γ/α2层片团的晶界析出更多的块状γ相,底部组织变化不明显.预热温度的增加使得合金中γ相增多而α2相减少,导致合金室温硬度减少.同时,弥散分布的块状γ相的增多,使得构件的压缩性能提升,当预热温度为450 ℃时,构件抗压强度与压缩率最高.

高熵非晶材料及其增材制造技术研究进展/舒凤远, 等. 焊接学报, 2021, 42(9): 1-8.

高熵非晶合金具有独特的物理、化学和力学性能以及更好的热稳定性,因而其制备技术成为国内外重要的研究热点之一.然而利用传统技术制备高熵非晶材料时会产生晶粒粗大及材料浪费等缺点,难以满足工艺生产需要.而增材制造技术的精准制造和快速冷却等特点可以解决这一问题,制备出各项性能优越的高熵非晶合金.简要介绍了高熵非晶材料的研究体系和常用制造方法,着重阐述了高熵非晶材料的断裂强度、耐腐蚀性和热稳定性的研究,对增材制造技术的工艺特征和优势,以及利用增材制造技术制备高熵非晶合金的科学难点作出了总结.结果表明,利用增材制造技术有利于获得致密均匀的高熵非晶材料,但对于非晶相形成的解释仅限于高熵合金4大效应.最后阐述了近年来利用常用的两种增材制造手段制造高熵非晶合金的研究,并对增材制造技术制备高熵非晶材料的发展趋势提出了展望.

微弧等离子增材制造NiCr合金的分子动力学数值模拟/袁晓静, 等. 焊接学报, 2021 ,42(8): 25-32.

微弧等离子增材制造NiCr合金快速凝固过程对增材制造的结构件微观组织结构性能具有重要影响.采用分子动力学对微弧等离子增材制造NiCr合金构件生长过程中温度场变化及等轴晶生长过程进行模拟.结果表明,冷却速率为3.38 K/ps和0.675 K/ps时,Ni-Cr体系呈现非晶凝固,0.077 5 K/ps冷却速率下,Ni-Cr体系自发形核长大,实现等轴晶凝固结晶过程,这为微弧等离子增材制造组织演变研究提供了理论支撑.

Nb合金化对电弧增材制造NiTi基形状记忆合金的影响/许博, 等. 焊接学报, 2021, 42(8): 1-7.

NiTi合金是一种应用广泛的形状记忆合金,其中Ti47Ni44Nb9成分的合金是一种可靠的航空管接头材料.采用双丝电弧增材制造(WAAM)的方法制备了Ni52Ti48合金,并以Nb元素进行了原位合金化得到了Ti47Ni44Nb9合金,研究了其典型组织、压缩性能、相变温度与形状记忆效应,分析了Nb元素的添加对WAAM镍钛合金组织及性能的影响.结果表明,加入Nb元素后,合金的组织除B2相晶粒外,还在晶界处有细小的β-Nb相析出,使得合金的压缩强度在横向与纵向上分别增加了7.9%与3.1%,形状记忆回复率则下降了4.0%,相变温度滞后从-6.4 ℃提升至40.9 ℃,使得该材料作为记忆合金管接头时更加利于储存与装配.

电弧熔丝增材制造钛/铝复合材料的组织与性能/夏玉峰, 等. 焊接学报, 2021, 42(8): 18-24.

通过基于冷金属转移的电弧熔丝增材制造技术制备了铝/钛复合材料.观察到钛/铝结合界面存在元素扩散,形成一定厚度的中间反应层,表明界面结合良好.同时,通过硬度测试得到界面附近的硬度介于钛侧与铝侧之间,这主要是由于元素扩散导致界面附近生成了硬脆金属间化合物.考虑到不同的复合比会导致不同力学性能,通过拉伸试验,研究了复合比对带缺口的钛/铝复合材料拉伸力学性能的影响规律.结果表明,在持续拉伸载荷作用下,钛/铝复合材料的两组成层之间相互影响.随着复合比的增加,抗拉强度和屈服强度增加,断后伸长率由于受钛铝之间冶金反应的影响较大,当钛/铝试样具有较低复合比时,其断后伸长率甚至小于单一沉积铝,随后才随着复合比的增加而增大.另外,运用ABAQUS补充了多组复合比下钛/铝复合材料的拉伸过程,得到了复合比与屈服强度和抗拉强度的关系式.

电弧增材制造中空间曲面等距路径规划算法/李鑫磊, 等. 焊接学报, 2021, 42(7): 14-20.

基于曲面分层的增材制造是目前研究热点之一.相比于平面路径规划,在曲率任意变化的复杂空间曲面上进行路径规划算法研究较少,尤其是等距路径规划算法.提出了一种基于体素化和曲线积分思想的空间曲面等距路径规划算法,算法主要包括体素化模型、计算体素点到源曲线的测地距离、生成增材路径等步骤.该算法精度可控,其精度主要由模型体素化密度决定;与扫描线法相比,从根本上避免了平移路径时由于局部和全局自相交生成的无效环,提高了计算效率.最后,选取3种典型曲面,分别为由平面组成的简单曲面、圆柱曲面、B样条曲面,进行空间曲面等距路径规划,已验证算法的适用性,并在圆筒试件上进行曲面分层GMAW电弧增材验证试验.结果表明,该算法可以满足电弧增材制造的精度要求.

308L不锈钢热丝等离子弧增材构件组织和性能/冯曰海, 等. 焊接学报, 2021, 42(5): 77-83.

随着增材构件重量的大幅度增加和形状复杂性的急速提升,增材时间成本占比越来越高,为了在保持焊枪达到尽可能多空间位置的基础上,提高熔敷效率,降低时间成本比例,提出了热丝等离子弧增材制造工艺.分别采用冷丝等离子弧增材制造(CW-PAM)和热丝等离子弧增材制造(HW-PAM)两种工艺进行了50层直壁体增材对比试验,研究了HW-PAM工艺的特性,并对增材试样的显微组织和力学性能进行对比分析.结果表明,HW-PAM工艺的平均熔敷效率提高了105%,在电弧行进速度为20 cm/min时,熔敷金属损失率最多可降至1.42%,比CWPAM工艺降低了6.18%.在电弧行进速度为50 cm/min时,试样内部存在大量非等轴铁素体,平均晶粒直径从CW-PAM工艺的8.37 μm细化到7.62 μm. HW-PAM试样的抗拉强度均在700 MPa以上,断后伸长率最高可达到53%,比CW-PAM工艺提高了6.25%.

薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺分析/薛丁琪, 等. 焊接学报, 2021, 42(4): 42-48.

基于冷金属过渡技术,研究了全封闭薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺.首先在单层单道熔敷层圆弧形截面轮廓的基础上推导了单道多层熔敷层的叠加数学模型;其次建立了可根据薄壁结构尺寸获取合理工艺参数的等体积电弧增材模型,最后通过试验数据验证了模型的可靠性.基于该模型,建立了工艺参数(送丝速度、电弧移动速度)与成形件尺寸之间的关系,在优化的增材工艺下成形出了外观质量良好的薄壁中空环形工件,并将成形件扫描得到的实际轮廓与理论轮廓进行对比,验证了叠加模型和等体积增材模型的准确性以及工艺的可行性.