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【能场复合激光表面改性】北京工业大学黄婷教授团队：脉冲激光辅助激光增材制造研究进展

科技   2024-08-21 17:30   重庆  




脉冲激光辅助激光增材制造研究进展.pdf





针对辅助脉冲激光作用在固相区的情况，分别论述了非同步式表面、非同步式层间以及同步式脉冲激光辅助激光增材制造的工艺特点，分析了增材制造构件组织、成形缺陷以及应力分布的调控机理，并系统对比了非同步式和同步式脉冲激光辅助激光增材制造的调控效果，总结了同步式脉冲激光辅助激光增材制造的工艺优势。针对辅助脉冲激光作用在熔池区的情况，研究了脉冲激光功率密度、频率对熔池热动力学行为的作用机理（Marangoni对流、超声波搅拌空化、冲击波效应等），进而明晰了辅助脉冲激光冲击熔池对增材制造构件组织、成形缺陷的影响机理。最后，对脉冲激光辅助激光增材制造技术的研究进展进行了总结，并对下一阶段的发展方向进行了展望。

关键词：激光增材制造；脉冲激光冲击；组织；成形缺陷；残余应力

论文配图


脉冲激光辅助激光增材制造的技术分类及调控机理

层间激光冲击强化过程缺陷的演化

1300 W连续激光复合300 W高频脉冲激光条件下熔池的流动过程

脉冲激光冲击熔池对L-DED成形TC4晶粒的影响


结论

通过上述分析可知，研究者们围绕脉冲激光辅助激光增材已取得了一系列的研究成果。脉冲激光作用于激光增材构件的不同区域、激光增材和脉冲激光作用的不同时序关系将导致构件组织、缺陷及残余应力的调控机理存在差异。当脉冲激光作用于固相区时，主要通过冲击波的力学效应，使表层材料发生塑性变形，引入残余压应力，并改变微观组织。其中，对于非同步式层间和同步式激光冲击强化辅助激光增材制造过程，其组织、缺陷和应力的演化除了受到激光冲击强化过程的影响，还会受到后续激光增材过程热输入的影响，且均比非同步式表面激光冲击强化的方式具有更大范围、更有力的调控效果。当脉冲激光作用于熔池时，主要通过改变熔池的热动力学行为来影响凝固组织和成形缺陷，其调控机理取决于脉冲激光的功率密度、脉冲频率等参数。

由于同步式激光冲击强化辅助激光增材制造和脉冲激光冲击熔池辅助激光增材制造均是“双激光”同步移动的形式，成形效率更高，适用领域更广，因此未来的应用潜力更大。对于同步式激光冲击强化辅助激光增材制造技术，由于难以添加约束层，其冲击强度有限，未来需通过优化锻打温度区间，提高无约束层条件下冲击强化效果，并进一步揭示该过程组织、缺陷和应力的调控机理。对于脉冲激光冲击熔池辅助激光增材制造技术，未来需发展优化该过程的数值模型，定量揭示脉冲激光冲击熔池对熔池热动力学的影响机制和规律，优化脉冲激光工艺参数实现构件组织和缺陷的精准调控。

引文格式


郑敏, 黄婷, 肖荣诗. 脉冲激光辅助激光增材制造研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(13): 1-12.

ZHENG Min, HUANG Ting, XIAO Rongshi. Research Progress on Pulse Laser-assisted Laser Additive Manufacturing[J]. Surface Technology, 2024, 53(13): 1-12.

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审 核|汪  潇

编 辑|邓李旸



 http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3NjgyNjg0OQ==&mid=2247506187&idx=2&sn=5b957155be04bcbb2f17ac19d79d1a6a
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《表面技术》由中国兵器装备集团有限公司主管，西南技术工程研究所主办，主要报道腐蚀与防护、摩擦磨损与润滑、精密与超精密加工、表面功能化等内容，为EI收录期刊、Scopus数据库收录期刊、CSCD核心库期刊、中文核心期刊、中国科技核心期刊等
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