激光增材制造筒段内筋结构熔池热动力学行为 ...l 【焦点 l 模拟、AI】

3D科学谷洞察

通过模拟熔池的热动力学行为，可以精确控制激光功率、扫描速度、粉末流量等参数，模拟可以帮助预测和避免打印过程中可能出现的缺陷，如气孔、未熔合、热应力等。”

激光增材制造筒段

内筋结构熔池热动力学行为

石新宇1,2历彦泽1,2陈铭源1,2顾冬冬1,2

1. 南京航空航天大学材料科学与技术学院2.南京航空航天大学江苏省高性能构件激光增材制造工程实验室

摘要：

航空航天领域中筒体构件内部加强筋结构的设计与制造可为其实现轻量化及力学性能提升，结合内壁激光增材制造的复合制造技术能有效实现筒段内部复杂筋体结构成形及高度方向尺寸拓展。

本研究通过激光增材沉积Al Mg Sc Zr合金，在径向上对旋压成形的2219铝合金筒体内筋实现了增高，并开展了熔池热力学行为仿真分析与实验验证，研究了在倾斜筋体表面上的沉积过程中，工艺参数对熔池温度场、速度场、三维尺寸的影响规律，揭示了激光能量输入、入射粉流和热力学边界条件与熔体运动及熔池表面形貌演变的作用机制。

当激光功率由1 000 W增至1 600 W时，熔池三维尺寸定量(长1.298 mm、宽1.580 mm和深0.091 mm)持续增加至(长3.856 mm、宽3.556 mm和深0.725 mm)熔池长度增加27.18%(3.856 mm)；随传热方式转变及质量输入减小，沉积增长率逐渐减小(由60.92%减至27.14%)。熔体运动行为受马兰戈尼力与入射粉末冲击力的共同作用，长度方向质量输入作用于熔池前端，熔体向后运动；宽度方向上引起熔体回流。沉积方向上，熔池下半区表面熔体速率为0.021m/s且矢量为负，熔池表面凹陷；上半区表面速度分矢量为正(0.0057m/s)，熔池表面凸起，沉积材料在上半区偏聚。随基体表面倾角增大，激光能量密度下降，在倾角为30°时熔体热动力情况达到较为稳定的平衡状态；增加至45°时能量密度过低，熔体流动性降低，沉积效率与成形性降低。

激光增材制造316L从单层到多层

沉积的热行为模拟与实验研究

卢裕尔、孙文磊、钟荟玄、邹利、黎勇、张团

新疆大学智能制造现代产业学院(机械工程学院)

摘要：

基于ABAQUS软件构建激光金属沉积（laser metal deposition,LMD）316L不锈钢增材制造的有限元模型,采用生死单元和双椭球移动热源结合的方式进行数值模拟，研究单道单层LMD过程中的温度场以及不同工艺参数对温度场、不同区域特征点温度梯度的影响。

进一步探究了单道多层LMD过程中熔池的温度变化和各层之间的热循环规律。设计相关实验，验证数值模拟结果。

结果表明：降低扫描速度或提高激光功率，熔池作用范围会变大。激光功率对温度梯度影响更大，尤其是纵向温度梯度。随着LMD层数的增加，且由于往复扫描的工艺路径，温度梯度显著增加，因此成形零件容易发生弯曲变形。单道多层薄壁件的整体形貌进一步说明了LMD温度梯度模拟的准确性。

基于机器学习的

镁合金电弧增材制造工艺优化研究

郭灿1,2聂帅1张忠明1,2徐春杰1,2

1. 西安理工大学材料科学与工程学院2.西安市先进镁合金增材制造与精确成形重点实验室

摘要：

电弧增材制造克服了传统铸锻技术制备镁合金的不足，是镁合金成形中的新技术。然而，镁合金电弧增材制造过程影响因素较多，工艺控制困难，且存在零件难以成形、易开裂、易产生内部缺陷等问题。为了解决镁合金电弧增材制造工艺控制困难的问题，采用实验结合机器学习的方法建立了工艺参数与试样宏观形貌之间的非线性关系，分析了不同工艺参数对成形质量的影响规律，确定最佳工艺参数范围为：基板温度160℃，送丝速度12.0～14.5 m/min，焊接速度8～11 mm/s，摆弧宽度8～10 mm。以AZ31镁合金丝材作为原材料，针对寻优工艺参数进行了单层和多层镁合金电弧增材制造实验。结果表明，该参数条件下熔宽为13.95 mm，熔高为3.28 mm，宽高比为4.25，接触角为42°，此时镁合金熔融丝材铺展性良好，且试样表面无不成形缺陷。

机器学习在

金属增材制造技术中的研究进展

操宇恒1,2陈超越1郭铠1胡涛1徐松哲1王江1任忠鸣1

1. 上海大学材料科学与工程学院,省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室2.上海大学中欧工程技术学院

摘要：

增材制造广泛应用于医疗和航空航天等领域，但仍面临材料种类受限、零件质量和性能不稳定，以及工艺参数与力学性能间的复杂关系等挑战。作为人工智能的关键技术，机器学习具备识别数据中模式和趋势的优势，成为推动增材制造研究的重要工具。综述了机器学习在增材制造中的应用，包括模型参数选择、冶金缺陷与性能预测、原位监控及合金成分、工艺流程和几何结构优化，旨在为增材制造的过程控制与性能优化提供指导。

一种面向空间增材制造的

微重力环境地面模拟试验方法

贾磊、胡玉龙、施博洋

中国运载火箭技术研究院

摘要：

空间增材制造能够将产品全部或部分脱离传统地面制造模式，实现在轨制造或原位制造大型构件。然而，高真空、微重力等复杂特殊的环境使得空间增材制造与地面制造差异很大。为了确保空间增材制造设备的可用性和可靠性，需要在地面环境条件下对微重力环境进行有效模拟。为此，设计一种微重力场的增材制造地面环境模拟试验装置，并开展微重力环境试验研究，对空间增材制造成形工艺过程进行实际模拟与验证。

选区激光熔化Al-Mg-Sc-Zr

铝合金成形过程数值模拟

肖罡1,2,3张喜龙4项菲菲1郭鹏程1,3,4项忠珂1杨钦文3

1. 江西科技学院人工智能学院/现代教育技术中心2.江西铜业技术研究院有限公司3.湖南大学机械与运载工程学院4.中南林业科技大学机械与智能制造工程学院

摘要：

基于Al-Mg-Sc-Zr合金粉末，建立了选区激光熔化(SLM)三维有限元模型，分析了Al-Mg-Sc-Zr合金的SLM成形过程，并进行了试验验证。结果表明：AM Modeler插件能够极大地缩短计算时间，效率提升57%。温度场中，基于AM Modeler插件模拟得到的最高温度比DFLUX用户子程序低365℃,比DFLUX用户子程序模拟结果低；应力场中，AM Modeler插件模拟的残余应力偏高，成形区域的最大残余应力比DFLUX用户子程序模拟结果高45 MPa。AM Modeler插件和DFLUX用户子程序模拟的熔池平均宽度分别为117.06和128.31μm,道次间平均搭接率分别为36.39%和45.15%。相同工艺参数下SLM试样的熔池平均宽度和熔池平均搭接率分别为136.11μm和40.75%。AM Modeler插件和DFLUX用户子程序模拟的熔池宽度与试验结果的偏差为14.0%和5.7%,搭接率与试验结果的分别偏差为10.7%和10.8%。通过DFLUX用户子程序进行Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金SLM成形模拟能获得更高的精度，但与AM Modeler插件相比其效率偏低。

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