选区激光熔化成形周期性多孔结构组织与性能研究
发布时间：2021-02-09 14:35
多孔材料具有结构、功能的双重属性,具有质量轻、比强度高、吸能减震、电磁屏蔽、等优异性能,广泛用于航空航天、医疗器械、武器装备、汽车模具、建筑艺术等领域。选区激光熔化技术（Selective Laser Melting,SLM）可快速制备传统加工方法无法制备的复杂结构件,如周期性多孔异质密度结构、菱形二十四面体多孔结构等,具有成形能力强、可精确控制及生产效率高等优点。在国家自然科学基金（项目号:51775521）和山西省回国留学人员科研资助项目（项目号:2017-095）资助下,本文采用SLM技术制备了孔隙率为54%的周期性多孔AlSi10Mg合金、17-4PH不锈钢合金以及高温镍基Inconel718合金,并研究了热处理对其显微组织和力学性能的影响,研究结果如下:（1）获得了热处理对SLM成形多孔AlSi10Mg合金的显微组织的演变规律和力学性能变化,结果表明:SLM成形AlSi10Mg合金内共晶硅组织呈连续网状;试样横截面显微硬度为121.9 HV,纵截面为94 HV,经静态压缩测试后得该多孔结构弹性模量和屈服强度分别为2.032 GPa和37.31 MPa,塑性较差,与中心节点处连...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多孔结构材料分类示意图[20]
中北大学学位论文3是由支柱或者平板构成。根据单元胞体之间的互相贯通性多孔结构可以分为开孔和闭孔两种结构，也可以按内部组成单元的规则程度分为随机多孔结构和非随机多孔结构，随机多孔主要以泡沫金属(foam)为主，非随机多孔主要指点阵材料(latticematerial)或周期性结构材料[19]，具体分类情况如图1-1所示。由于点阵结构不仅具有良好的周期结构、规则的孔形和高的孔隙率，而且具有轻质(孔隙率可高达99%)、高强(比刚度高、比强度高、韧性高)、多功能可设计性以及屏蔽电磁辐射、吸收噪音和冲击能量等优异性能[21,22]，在航空航天、交通运输、医疗器械等领域受到极大青睐。点阵结构又分为二维点阵和三维点阵，二维点阵材料由多边形按照二维排列[23]，在第三方向上成棱柱状，形态像蜜蜂的六边形巢穴，也称蜂窝结构材料；常见的二维点阵结构有四边形点阵、全三角点阵、正方静不定点阵、六边形点阵和新型Kagome点阵[24]。三维点阵结构则是由晶胞单元按一定规则在三维空间排列形成的[25]。与二维点阵结构相比，三维点阵具有更强的设计性和满足多功能的设计潜力[26]，有叠层结构、八面体结构、三维全点阵结构等[24]，依据晶胞单元类型还可以分为G类的多孔结构、P类的多孔结构、D类的多孔结构等[27,28]，如图1-2所示。图1-2常见的多孔结构[28,29]Fig.1-2Commonlatticestructure[28,29]
中北大学学位论文6光扫描完成后熔化的金属液体快速凝固成形，然后成形缸下降，送粉缸上升再次进行铺粉、激光扫描，进行下一层的凝固成形，不断重复这两个步骤直至完成零件的成形[56,57]。图1-3SLM成形原理示意图[58]Fig.1-3SchematicdiagramofSLMprocessing[58]1.3.2选区激光熔化技术成形优势SLM集成了计算机、CAD/CAM、机械工程、数控、激光以及逆向工程和分层制造等技术，为原型零件制作和新型结构设计的快速实现提供了有效手段。相较于传统的加工方法，其优点主要有：(1)加工成形能力强、自动化程度高、可加工材料范围广泛SLM技术可成形铝合金、钴铬合金、镍基合金以及复合材料等多种材料[59]。其技术具有高制造柔性，打破了传统设计对外形和内部结构的限制，可迅速准确地打印任意复杂结构的零件，成功的实现了“自由制造”，减少及缩短了加工工序和加工周期，传统的生物医疗产品的加工时间一般从几个小时到几天甚至几个月不等，而SLM技术可在数小时内快速、精确地将产品打印出来，能够经济性地进行小批量快速生产[2,60-62]。(2)材料利用率高、加工周期短、降低成本
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hierarchical microstructure of a titanium alloy fabricated by electron beam selective melting[J]. Jixin Yang,Yiqiang Chen,Yongjiang Huang,Zhiliang Ning,Baokun Liu,Chao Guo,Jianfei Sun. Journal of Materials Science & Technology. 2020(07)
[2]泡沫铝填充双层金属点阵结构增强效应及吸能特性[J]. 张万波,闫雷雷,赵雪,苏鹏博,卢天健. 稀有金属材料与工程. 2019(12)
[3]选区激光熔化IN718合金再结晶组织演化机理研究[J]. 曹宇,白朴存,魏安妮,刘飞,张勇. 热加工工艺. 2019(24)
[4]金属多孔材料力学性能的实践研究[J]. 秦莲芳. 冶金与材料. 2019(05)
[5]激光选区熔化技术的应用现状及发展趋势[J]. 姜海燕,林卫凯,吴世彪,陈杰. 机械工程与自动化. 2019(05)
[6]激光选区熔化Inconel 718合金高温腐蚀性能[J]. 滕庆,李帅,薛鹏举,田健,魏青松,史玉升. 中国有色金属学报. 2019(07)
[7]激光选区熔化增材制造技术的研究进展[J]. 王锐,赵芳芳,万楚豪. 武汉船舶职业技术学院学报. 2019(01)
[8]激光选区熔化技术制造医用多孔金属材料研究现状[J]. 吴先哲,刘红旗,王富友,何鹏. 激光杂志. 2018(11)
[9]3D打印AlSi10Mg合金组织性能研究[J]. 李晓丹,朱庆丰,孔淑萍,康延磊,王向杰,倪家强. 材料科学与工艺. 2019(02)
[10]自蔓延高温合成多孔TiB2-TiC复相陶瓷[J]. 刘亚南,何志敏,冯培忠,孙智. 稀有金属材料与工程. 2018(S1)
博士论文
[1]新型多孔钽金属的制备及在股骨头坏死治疗中的应用[D]. 谢辉.大连理工大学 2019
[2]激光选区熔化成形多孔金属及其复合材料骨植入体研究[D]. 韩昌骏.华中科技大学 2018
[3]基于选择性激光熔化的金属多孔结构力学特性及其变密度设计方法研究[D]. 冯琪翔.重庆大学 2017
[4]基于激光选区熔化技术的个性化植入体设计与直接制造研究[D]. 宋长辉.华南理工大学 2014
[5]面向植入体的多孔结构建模及激光选区熔化直接制造研究[D]. 肖冬明.华南理工大学 2013
[6]激光选区熔化Ti6Al4V可控多孔结构制备及机理研究[D]. 孙健峰.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]面向增材制造的非均质点阵结构优化设计方法[D]. 郑啸男.大连理工大学 2019
[2]3D打印技术在赛车轻量化领域应用研究[D]. 钟兴华.广东工业大学 2019
[3]3D打印多孔结构钛基植入体表面改性研究[D]. 吴小玉.南京航空航天大学 2019
[4]SLM成形Inconel718合金显微组织和高温力学性能的研究[D]. 冯喆.北京工业大学 2018
[5]不同热处理制度对Inconel 718合金组织和性能的影响[D]. 孙艳容.西南石油大学 2018
[6]17-4PH不锈钢激光固溶工艺及组织性能研究[D]. 杜锦铮.华中科技大学 2018
[7]选区激光熔化成型Ti6Al4V及其多孔结构的工艺与性能研究[D]. 李敬.华南理工大学 2018
[8]SLM制备的Ti6Al4V轻质点阵结构多目标结构优化设计研究[D]. 熊飞.重庆大学 2017
[9]基于激光选区熔化技术多孔结构植入体性能的研究[D]. 王亚玲.重庆大学 2017
[10]基于选择性激光熔化技术的Ti6Al4V多孔结构力学性能研究[D]. 王海亮.重庆大学 2017
本文编号：3025787
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多孔结构材料分类示意图[20]
中北大学学位论文3是由支柱或者平板构成。根据单元胞体之间的互相贯通性多孔结构可以分为开孔和闭孔两种结构，也可以按内部组成单元的规则程度分为随机多孔结构和非随机多孔结构，随机多孔主要以泡沫金属(foam)为主，非随机多孔主要指点阵材料(latticematerial)或周期性结构材料[19]，具体分类情况如图1-1所示。由于点阵结构不仅具有良好的周期结构、规则的孔形和高的孔隙率，而且具有轻质(孔隙率可高达99%)、高强(比刚度高、比强度高、韧性高)、多功能可设计性以及屏蔽电磁辐射、吸收噪音和冲击能量等优异性能[21,22]，在航空航天、交通运输、医疗器械等领域受到极大青睐。点阵结构又分为二维点阵和三维点阵，二维点阵材料由多边形按照二维排列[23]，在第三方向上成棱柱状，形态像蜜蜂的六边形巢穴，也称蜂窝结构材料；常见的二维点阵结构有四边形点阵、全三角点阵、正方静不定点阵、六边形点阵和新型Kagome点阵[24]。三维点阵结构则是由晶胞单元按一定规则在三维空间排列形成的[25]。与二维点阵结构相比，三维点阵具有更强的设计性和满足多功能的设计潜力[26]，有叠层结构、八面体结构、三维全点阵结构等[24]，依据晶胞单元类型还可以分为G类的多孔结构、P类的多孔结构、D类的多孔结构等[27,28]，如图1-2所示。图1-2常见的多孔结构[28,29]Fig.1-2Commonlatticestructure[28,29]
中北大学学位论文6光扫描完成后熔化的金属液体快速凝固成形，然后成形缸下降，送粉缸上升再次进行铺粉、激光扫描，进行下一层的凝固成形，不断重复这两个步骤直至完成零件的成形[56,57]。图1-3SLM成形原理示意图[58]Fig.1-3SchematicdiagramofSLMprocessing[58]1.3.2选区激光熔化技术成形优势SLM集成了计算机、CAD/CAM、机械工程、数控、激光以及逆向工程和分层制造等技术，为原型零件制作和新型结构设计的快速实现提供了有效手段。相较于传统的加工方法，其优点主要有：(1)加工成形能力强、自动化程度高、可加工材料范围广泛SLM技术可成形铝合金、钴铬合金、镍基合金以及复合材料等多种材料[59]。其技术具有高制造柔性，打破了传统设计对外形和内部结构的限制，可迅速准确地打印任意复杂结构的零件，成功的实现了“自由制造”，减少及缩短了加工工序和加工周期，传统的生物医疗产品的加工时间一般从几个小时到几天甚至几个月不等，而SLM技术可在数小时内快速、精确地将产品打印出来，能够经济性地进行小批量快速生产[2,60-62]。(2)材料利用率高、加工周期短、降低成本
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hierarchical microstructure of a titanium alloy fabricated by electron beam selective melting[J]. Jixin Yang,Yiqiang Chen,Yongjiang Huang,Zhiliang Ning,Baokun Liu,Chao Guo,Jianfei Sun. Journal of Materials Science & Technology. 2020(07)
[2]泡沫铝填充双层金属点阵结构增强效应及吸能特性[J]. 张万波,闫雷雷,赵雪,苏鹏博,卢天健. 稀有金属材料与工程. 2019(12)
[3]选区激光熔化IN718合金再结晶组织演化机理研究[J]. 曹宇,白朴存,魏安妮,刘飞,张勇. 热加工工艺. 2019(24)
[4]金属多孔材料力学性能的实践研究[J]. 秦莲芳. 冶金与材料. 2019(05)
[5]激光选区熔化技术的应用现状及发展趋势[J]. 姜海燕,林卫凯,吴世彪,陈杰. 机械工程与自动化. 2019(05)
[6]激光选区熔化Inconel 718合金高温腐蚀性能[J]. 滕庆,李帅,薛鹏举,田健,魏青松,史玉升. 中国有色金属学报. 2019(07)
[7]激光选区熔化增材制造技术的研究进展[J]. 王锐,赵芳芳,万楚豪. 武汉船舶职业技术学院学报. 2019(01)
[8]激光选区熔化技术制造医用多孔金属材料研究现状[J]. 吴先哲,刘红旗,王富友,何鹏. 激光杂志. 2018(11)
[9]3D打印AlSi10Mg合金组织性能研究[J]. 李晓丹,朱庆丰,孔淑萍,康延磊,王向杰,倪家强. 材料科学与工艺. 2019(02)
[10]自蔓延高温合成多孔TiB2-TiC复相陶瓷[J]. 刘亚南,何志敏,冯培忠,孙智. 稀有金属材料与工程. 2018(S1)
博士论文
[1]新型多孔钽金属的制备及在股骨头坏死治疗中的应用[D]. 谢辉.大连理工大学 2019
[2]激光选区熔化成形多孔金属及其复合材料骨植入体研究[D]. 韩昌骏.华中科技大学 2018
[3]基于选择性激光熔化的金属多孔结构力学特性及其变密度设计方法研究[D]. 冯琪翔.重庆大学 2017
[4]基于激光选区熔化技术的个性化植入体设计与直接制造研究[D]. 宋长辉.华南理工大学 2014
[5]面向植入体的多孔结构建模及激光选区熔化直接制造研究[D]. 肖冬明.华南理工大学 2013
[6]激光选区熔化Ti6Al4V可控多孔结构制备及机理研究[D]. 孙健峰.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]面向增材制造的非均质点阵结构优化设计方法[D]. 郑啸男.大连理工大学 2019
[2]3D打印技术在赛车轻量化领域应用研究[D]. 钟兴华.广东工业大学 2019
[3]3D打印多孔结构钛基植入体表面改性研究[D]. 吴小玉.南京航空航天大学 2019
[4]SLM成形Inconel718合金显微组织和高温力学性能的研究[D]. 冯喆.北京工业大学 2018
[5]不同热处理制度对Inconel 718合金组织和性能的影响[D]. 孙艳容.西南石油大学 2018
[6]17-4PH不锈钢激光固溶工艺及组织性能研究[D]. 杜锦铮.华中科技大学 2018
[7]选区激光熔化成型Ti6Al4V及其多孔结构的工艺与性能研究[D]. 李敬.华南理工大学 2018
[8]SLM制备的Ti6Al4V轻质点阵结构多目标结构优化设计研究[D]. 熊飞.重庆大学 2017
[9]基于激光选区熔化技术多孔结构植入体性能的研究[D]. 王亚玲.重庆大学 2017
[10]基于选择性激光熔化技术的Ti6Al4V多孔结构力学性能研究[D]. 王海亮.重庆大学 2017
本文编号：3025787
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3025787.html
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