数据驱动选区激光熔化成形性能优化与智能工艺研究进展

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作者 涂先猛 彭东剑 +5 位作者 陈威 计效园 陈嘉龙 王泽明 杨欢庆 周建新 《铸造》 CAS 2024年第11期1487-1505,共19页

选区激光熔化(SLM)是一种革命性的金属增材制造技术,传统方法难以实现SLM零件多项性能目标协同优化和智能化工艺推荐。为此本文报道了新兴的数据驱动方法在SLM成形性能优化及成形机理探索方面进展。首先,阐明了数据驱动已成为促进SLM成... 选区激光熔化(SLM)是一种革命性的金属增材制造技术,传统方法难以实现SLM零件多项性能目标协同优化和智能化工艺推荐。为此本文报道了新兴的数据驱动方法在SLM成形性能优化及成形机理探索方面进展。首先,阐明了数据驱动已成为促进SLM成形高性能零件的趋势选择;其次,报道了SLM成形单性能和多性能目标优化,总结了存在挑战并指出优化方向,并提出了一套通用的数据驱动SLM智能工艺推荐系统研究框架、构建方案和多维评价准则;再次,综述了数据驱动SLM成形机理并阐明了其发展方向;最后,探讨了数据驱动SLM目前存在的问题及发展趋势。通过对成形性能优化与成形机理进行总结,旨在促进增材制造工艺优化迈向智能化,促进SLM成形构件高质量,高综合性能发展。 展开更多

关键词 数据驱动 增材制造 选区激光熔化 性能预测 工艺参数推荐 成形机理

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可见光监测与CT检测融合驱动的高温合金SLM成形孔隙演变研究

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作者 周圣智 涂先猛 +7 位作者 计效园 陈嘉龙 杨欢庆 王泽明 彭东剑 李宁 周建新 高亮 《铸造技术》 CAS 2023年第7期640-648,共9页

孔隙缺陷对SLM成形件的性能与可靠性有重大影响,现有孔隙演变研究主要从成形过程监测与成形结果分析两方面分离进行。本文提出一种成形过程监测与成形结果检测融合驱动的SLM孔隙随层厚演变研究新方法,获取GH4169合金SLM成形凝固的可见... 孔隙缺陷对SLM成形件的性能与可靠性有重大影响,现有孔隙演变研究主要从成形过程监测与成形结果分析两方面分离进行。本文提出一种成形过程监测与成形结果检测融合驱动的SLM孔隙随层厚演变研究新方法,获取GH4169合金SLM成形凝固的可见光监测图像与SLM成形件的CT检测图像,选取特定区域孔隙并提取特征参数,表征并分析两种图像中孔隙特征参数随层厚的变化。结果表明,CT图像孔隙特征参数随层厚变化较可见光图像有滞后;孔隙形成的前半部分,第N+1层的成形对第N(或及以下)层孔隙具有缩小作用,后半部分具有扩大作用;第N+1层的成形具有减小第N(或及以下)层孔隙圆度的作用。结论有待进一步验证,但为SLM成形缺陷随层厚演变的研究提供了一种新思路,后续将继续深入研究。 展开更多

关键词 SLM GH4169 孔隙演变 可见光图像 CT图像

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航天器分离脱落连接器插拔技巧 被引量：1

3

作者 彭东剑 武超田 王珊 《科学技术创新》 2018年第15期27-28,共2页

随着分离脱落连接器广泛应用于航天器装配领域,其在不同工况下的连接与分离,成为了卫星总体装配的一项重要工作。本文对分离脱落连接器中操作最为复杂且应用最广的YF8型电连接器的插合分离原理进行了分析,提出了不同工况下的插拔技巧,... 随着分离脱落连接器广泛应用于航天器装配领域,其在不同工况下的连接与分离,成为了卫星总体装配的一项重要工作。本文对分离脱落连接器中操作最为复杂且应用最广的YF8型电连接器的插合分离原理进行了分析,提出了不同工况下的插拔技巧,研制了两套电分离专用保护装置,确保了每次连接与分离操作的正确性。 展开更多

关键词 分离脱落连接器 插拔技巧 脱落保护装置

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退火态激光选区熔化成形AlSi10Mg合金组织与力学性能 被引量：5

4

作者 梁恩泉 代宇 +5 位作者 白静 周亚雄 彭东剑 王清正 康楠 林鑫 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期156-165,共10页

AlSi10Mg合金具有高比强度、高耐磨性等优良特点。由于其成分接近共晶点,成形性能良好,被广泛应用于激光选区熔化技术。然而其热处理制度仍然沿用传统铸态合金的热处理规范,影响了其性能的充分发挥。本工作采用激光选区熔化技术制备了Al... AlSi10Mg合金具有高比强度、高耐磨性等优良特点。由于其成分接近共晶点,成形性能良好,被广泛应用于激光选区熔化技术。然而其热处理制度仍然沿用传统铸态合金的热处理规范,影响了其性能的充分发挥。本工作采用激光选区熔化技术制备了AlSi10Mg合金,并研究了沉积态和后续热处理过程中组织演化规律及其对室温力学性能的影响机制。研究发现:沉积态组织由沿沉积方向生长的α-Al柱状枝晶及枝晶间网状Al-Si共晶组成,具有强烈的〈100〉方向织构,沉积层由三部分组成,分别是细晶区、粗晶区及热影响区,抗拉强度389.5 MPa,伸长率4%。退火过程中,共晶Si破碎、球化,基体中过饱和Si不断析出长大。当退火温度从200℃提高到500℃时,Si颗粒发生Ostwald熟化,平均尺寸增长了23倍。经过300℃和500℃退火处理后,试样抗拉强度分别为287.0 MPa和268.0 MPa,但伸长率分别提高到10.3%和17.2%。 展开更多

关键词 激光选区熔化 增材制造 AlSi10Mg合金 热处理 组织演化

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K4202镍基高温合金激光选区熔化成形室温拉伸性能研究 被引量：4

5

作者 左蔚 张权明 +1 位作者 雷玥 彭东剑 《火箭推进》 CAS 2017年第3期53-58,共6页

为了将激光选区熔化(SLM)这项技术推广到液体火箭发动机高温合金复杂结构件的成形,满足其使用要求,对SLM成形K4202高温合金力学性能及其强化机理进行研究。沉积态室温下拉伸试验力学性能指标表现出了很强的各向异性,但均接近或超过GH420... 为了将激光选区熔化(SLM)这项技术推广到液体火箭发动机高温合金复杂结构件的成形,满足其使用要求,对SLM成形K4202高温合金力学性能及其强化机理进行研究。沉积态室温下拉伸试验力学性能指标表现出了很强的各向异性,但均接近或超过GH4202锻件标准值,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等理化分析手段揭示了其强化机理主要为细晶强化、应变硬化、沉淀硬化和过饱和的固溶强化。同时研究了固溶、固溶时效、直接时效三种热处理制度对K4202力学性能的影响,结果表明直接时效后的综合力学性能最佳。 展开更多

关键词 K4202高温合金 激光选区熔化 力学性能试验 热处理

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射线计算机成像技术在发动机变壁厚产品检测中的试验研究 被引量：2

6

作者 刘贞 任文坚 +2 位作者 彭东剑 刘国增 王永红 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期85-88,共4页

针对液体火箭发动机离心轮、涡轮静子等厚度变化大的复杂激光选区熔化成形(SLM)钢构件在常规X射线胶片照相检测(RT)时,由于胶片的宽容度低造成的检测覆盖率低,存在漏检质量隐患的问题,采用射线计算机成像技术(CR)对该类变截面厚度差在5~... 针对液体火箭发动机离心轮、涡轮静子等厚度变化大的复杂激光选区熔化成形(SLM)钢构件在常规X射线胶片照相检测(RT)时,由于胶片的宽容度低造成的检测覆盖率低,存在漏检质量隐患的问题,采用射线计算机成像技术(CR)对该类变截面厚度差在5~20 mm内的钢构件进行检测。结果表明,CR检测图像宽容度是胶片照相检测的3倍,检测覆盖率高;以离心轮线状缺陷CR检测为例,且通过CT和理化检测验证证明,CR检测具有与胶片照相检测基本一致的缺陷检测灵敏度、可靠性。 展开更多

关键词 射线计算机成像技术 火箭发动机 激光选区熔化成形钢构件 大厚度差 图像宽容度

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界面追踪法研究界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响 被引量：3

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作者 彭东剑 林鑫 +3 位作者 张云鹏 郭雄 王猛 黄卫东 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期365-371,共7页

运用基于界面追踪法的数值自洽模型研究了界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响.模拟结果表明,对于给定的凝固条件,对应不同的一次间距Peclect数范围,存在2个不同的界面形态解区间,其中较小的间距Peclect数解区间对应的界面形态类似... 运用基于界面追踪法的数值自洽模型研究了界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响.模拟结果表明,对于给定的凝固条件,对应不同的一次间距Peclect数范围,存在2个不同的界面形态解区间,其中较小的间距Peclect数解区间对应的界面形态类似胞状晶,较大的间距Peclect数解区间对应的界面形态类似枝状晶,界面能各向异性的增大有利于枝晶解区间的扩大.同时,枝晶生长的尖端临界稳定性参数σ~*与界面能各向异性参数E_4存在幂指数关系,并基于Fisher枝晶扩散解,得到包含界面能各向异性参数的枝晶尖端半径表达式:R_(IMS)=2.5646[(?)]^(0.5)E_4^(-0.1905),ΔT_0=mC_0(k_0-1)/k_0;界面能各向异性增大,枝晶生长界面前沿过冷度减小.枝晶生长稳态一次间距的选择主要取决于枝晶间溶质扩散场的相互作用,而由于界面能各向异性在枝晶尖端作用的局域化,使得界面能各向异性对定向凝固稳态一次枝晶间距影响较小. 展开更多

关键词 界面能各向异性 定向凝固 枝晶尖端半径 一次间距

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基于图像处理的SLM铺粉缺陷检测识别与分类研究 被引量：3

8

作者 伍缘杰 徐晓静 +6 位作者 计效园 杨欢庆 彭东剑 武博 周建新 殷亚军 沈旭 《特种铸造及有色合金》 CAS 北大核心 2023年第1期23-28,共6页

SLM生产过程铺粉缺陷多采用人工间断性离线检测的方法,存在容易漏检、误检、效率较低和响应时间较长等问题,极大地影响了生产效率和生产品质。因此,搭建了一种基于图像处理的SLM铺粉缺陷检测识别与分类系统。该系统包括图像采集及缺陷... SLM生产过程铺粉缺陷多采用人工间断性离线检测的方法,存在容易漏检、误检、效率较低和响应时间较长等问题,极大地影响了生产效率和生产品质。因此,搭建了一种基于图像处理的SLM铺粉缺陷检测识别与分类系统。该系统包括图像采集及缺陷提取、缺陷定量表征与分类识别两部分。在图像采集及缺陷提取部分,搭建了铺粉缺陷检测硬件系统,提出了基于概率快速自动选取阈值、滞后阈值分割等方法用于分割缺陷;在缺陷定量表征与分类识别部分,提出了缺陷定量表征与CART决策树方法进行缺陷种类的细分。结果表明,本系统对铺粉缺陷的检测识别与分类精度可达到96.67%,响应时间在400 ms左右,具有较高的识别精度与检测效率,显著提升了生产效率和生产品质。 展开更多

关键词 SLM 铺粉过程 缺陷检测 缺陷分类 图像处理

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深过冷Ni-30%Sn合金凝固组织演化及反常共晶的形成机制 被引量：3

9

作者 郭雄 林鑫 +3 位作者 汪志太 曹永青 彭东剑 黄卫东 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期475-482,共8页

采用熔融玻璃净化法+循环过热法,考察了Ni -30%Sn(质量分数)亚共晶合金在深过冷快速凝固条件下的再辉行为和组织演化规律.结果表明,当过冷度较小时,合金熔体无明显再辉过程,随着过冷度增大,合金熔体凝固逐渐呈现由α-Ni枝晶和(α-Ni+Ni_... 采用熔融玻璃净化法+循环过热法,考察了Ni -30%Sn(质量分数)亚共晶合金在深过冷快速凝固条件下的再辉行为和组织演化规律.结果表明,当过冷度较小时,合金熔体无明显再辉过程,随着过冷度增大,合金熔体凝固逐渐呈现由α-Ni枝晶和(α-Ni+Ni_3Sn)层片状共晶或羽毛状共晶向完全(α-Ni+Ni_3Sn)反常共晶转变,在再辉曲线上呈现出由两次再辉向单次再辉的转变.通过分析Ni-30%Sn亚共晶合金中两相的形核行为、生长速度随过冷度的变化规律以及再辉过程中两相的结晶分数变化.解释了反常共晶的形成机制.Ni-30%Sn亚共晶合金深过冷凝固反常共晶的形成主要体现在两个方面:较大过冷度下,率先形成的细化的α-Ni枝晶骨架在再辉过程中充分熟化、熔断,被依附析出的Ni_3Sn相包围,形成反常共晶;随着过冷度的增大,单相枝晶生长向双相枝晶生长转变,细化的双相枝晶组织在大的再辉度下充分熟化、熔断,也会形成反常共晶. 展开更多

关键词 Ni—Sn合金 深过冷 组织演化 反常共晶 形成机制

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用CA方法模拟界面能各向异性对胞晶生长形态的影响 被引量：3

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作者 张云鹏 林鑫 +3 位作者 魏雷 王猛 彭东剑 黄卫东 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第22期484-491,共8页

用元胞自动机(Cellular Automaton,CA)模型研究了界面能各向异性对二维定向凝固胞晶的生长形态的影响,建立了判定胞晶生长达到稳态的判据.结果显示,当界面能各向异性强度非常小时,胞晶尖端很容易分岔,胞晶形态不容易稳定.而当界面能各... 用元胞自动机(Cellular Automaton,CA)模型研究了界面能各向异性对二维定向凝固胞晶的生长形态的影响,建立了判定胞晶生长达到稳态的判据.结果显示,当界面能各向异性强度非常小时,胞晶尖端很容易分岔,胞晶形态不容易稳定.而当界面能各向异性强度足够大时,容易形成稳定的胞晶形态,同时界面能各向异性强度会显著影响稳定胞晶的形态,界面能各向异性越强,稳态胞晶间距越小,胞晶尖端半径越小,尖端半径与胞晶间距的比值越小,固液界面前沿的浓度与过冷度越小. 展开更多

关键词 元胞自动机 胞晶 各向异性

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界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响 被引量：3

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作者 张云鹏 林鑫 +3 位作者 魏雷 彭东剑 王猛 黄卫东 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第17期501-508,共8页

采用元胞自动机(cellular automaton,CA)模型研究了界面能各向异性对二维定向凝固枝晶生长的影响.模拟结果显示当晶体的择优生长方向与热流方向一致时,随着界面能各向异性强度的增大,凝固组织形态由弱界面能各向异性时的海藻晶转变为强... 采用元胞自动机(cellular automaton,CA)模型研究了界面能各向异性对二维定向凝固枝晶生长的影响.模拟结果显示当晶体的择优生长方向与热流方向一致时,随着界面能各向异性强度的增大,凝固组织形态由弱界面能各向异性时的海藻晶转变为强界面能各向异性时的树枝晶.同时,界面能各向异性强度会影响稳态枝晶尖端状态的选择,界面能各向异性越强,定向凝固稳态枝晶尖端半径越小,尖端界面前沿的液相浓度和过冷度越小.稳态枝晶生长的尖端状态选择参数与界面能各向异性强度也存在标度律的指数关系,而枝晶一次间距则受界面能各向异性强度影响较弱.当晶体的择优生长方向与热流方向呈40夹角时随着界面能各向异性强度的增大,凝固组织形态由海藻晶逐渐转变为退化枝晶,后又逐渐转变为倾斜枝晶. 展开更多

关键词 元胞自动机 枝晶 界面能各向异性

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激光选区熔化成形高铜合金致密化行为及其组织性能 被引量：2

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作者 张莎莎 张宝鹏 +5 位作者 张文奇 杨欢庆 郑伟 王云 彭东剑 朱海红 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第16期37-46,共10页

高铜合金(也称高强高导铜合金)同时具有高导热导电性和高强度,其复杂零件在航天航空、石油化工、武器装备及海洋舰艇等领域的应用十分广泛。由于对激光吸收率极低、热导率极高,激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形高铜合金... 高铜合金(也称高强高导铜合金)同时具有高导热导电性和高强度,其复杂零件在航天航空、石油化工、武器装备及海洋舰艇等领域的应用十分广泛。由于对激光吸收率极低、热导率极高,激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形高铜合金的研究才起步。利用2000 W高功率光纤激光器作为光源,成形了QCr0.8高铜合金,研究了工艺参数对其致密化行为的影响,获得了致密的优化工艺参数,在此基础上,研究了其组织和性能。研究结果表明:当工艺参数不当时,SLM成形QCr0.8高铜合金会产生圆气孔和不规则的未熔合孔洞,前者出现在输入激光能量过高、出现深熔模式熔道时,后者出现在输入激光能量不足、扫描间距太小及搭接率太大时。优化的工艺参数为:激光功率2000 W,扫描速度600 mm/s,扫描间距0.20 mm,铺粉层厚0.05 mm。采用优化的工艺参数成形的高铜合金的致密度可以达到99.9%。其XOZ面的微观组织是沿成形方向生长的柱状晶,XOY面的微观组织可以分为细晶区与粗晶区,采用扫描电镜(SEM)可以观察到细小的胞状晶组织。沉积态时抗拉强度为234.7 MPa,屈服强度为173.9 MPa,延伸率为26.0%,导电率为国际退火铜标准(IACS)的37.8%;经过时效热处理后,抗拉强度为468.0 MPa,屈服强度为377.3 MPa,延伸率为19.2%,导电率为IACS的98.3%。研究成果为复杂高铜合金零件的制备提供了新方法。 展开更多

关键词 激光技术 高强高导CuCr合金 激光选区熔化 微观组织 力学性能 导电性

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