摘要 激光定向能量沉积(L-DED)作为一种同轴送粉金属增材制造工艺,具有沉积速率高、可制造大型部件等优点,在航空航天、交通运输等领域有着广泛的应用前景。然而,L-DED在金属零件尺寸和形状的分辨方面存在工艺缺陷,如尺寸偏差大、表面不平整等,需要高效、准确的数值模型来预测熔覆轨道的形状和尺寸。本文提出了一种考虑粉末、激光束和熔池相互作用的高保真多物理场数值模型。该模型中,将激光束模拟为高斯表面热源,采用拉格朗日粒子模型模拟粉末与激光束的相互作用,然后将拉格朗日粒子模型与有限体积法和流体体积相结合,模拟粉末与熔池的相互作用以及相应的熔化和凝固过程。
随着电子设备对冷却系统的需求不断增长,纳米流体-微通道散热器(MCHS)已成为热门话题。然而,解决纳米颗粒沉积问题是将该技术推向工业规模的关键。传统研究侧重于静态纳米流体的化学特性。然而,热物理因素也会影响流动流体的沉积。为了分析直微通道中 Al 2 O 3 -水纳米流体的热物理特性,使用离散相模型(DPM)模拟布朗力。结果表明,布朗运动对颗粒沉积有很大影响。然而,对于 MCHS 中的纳米流体,温度对平均自由程的影响可以忽略不计。沉积速率随颗粒直径的增加而降低,但随速度的增加而降低。这些结果在设计新的微通道结构时具有指导意义,并能提供减少沉积的最佳条件。关键词:纳米流体、MCHS、DPM、沉积非参数
摘要:近几十年来,增材制造领域人气飙升,尤其是作为传统金属零件生产的可行替代方案。定向能量沉积 (DED) 是最有前途的增材技术之一,其特点是沉积速率高,其中电弧增材制造 (WAAM) 就是一个突出的例子。尽管 DED 具有诸多优势,但众所周知,其生产的零件表面质量和几何精度不佳,这一直是其广泛应用的主要障碍。这在一定程度上是由于对增材层产生的复杂几何形状缺乏了解。为了应对这一挑战,研究人员专注于表征增材层的几何形状,特别是焊珠的外部。本文通过比较两种不同的技术:振荡策略和重叠焊珠,专门研究了产生的壁的几何特征和对称性。
添加剂制造(AM)用于用于其创新特征的金属部分,但其可持续性的潜力尚不确定。制造所需的能源和材料消耗很大。因此,本文的研究问题是:“ AM的当前用途是降低环境影响的真正潜力?”。与其他AM过程相比,WAAM(电弧添加剂制造)过程似乎是最节能的。一项过程参数研究表明,沉积速率对能耗有重大影响。此参数表示在时间单位中沉积的材料量,并与生产率直接相关。看来,沉积速率的增加导致能源消耗的减少。在WAAM上进行的实验具有很高的沉积率允许创建能量和材料消耗数据库。然后使用此数据库来识别与传统制造过程相比,WAAM制造的零件案例可显着减少影响。
DRP配置功能现在已进一步扩展,以支持共同散布和共反应性溅射。drp 2.5使用磁控管输出配置,但具有两个或更多不同的目标材料,形成单个薄膜材料,其中包含两个或多个组成元素。没有其他磁控管输出配置(例如此)可用于共同启动或共反应溅射。这种构型产生了几个重要的好处,包括:1)较低的底物加热,这对于热敏感的底物(即塑料,包括聚对苯二甲酸酯[PET],最常见的热塑性塑料等非常重要); 2)比标准双极,双磁孔溅射(DMS)明显高的沉积速率; 3)较低的弧产生导致较低的颗粒产生。对于诸如PET之类的材料的网络涂料,较低的底物加热至关重要。
该公司的水文工程中心河流分析系统 (HEC-RAS) 旨在模拟一维 (1D) 稳定、非稳定流。最新版本的 HEC-RAS V6.0 还模拟非稳定二维水平 (2D) 泥沙输送以及河床变化、分类和分层。泥沙输送采用非平衡总负荷公式计算。总负荷输送方程采用隐式有限体积法在与流动求解器相同的非结构化多边形网格上求解。泥沙输送在时间步长级别与流动模型耦合。2D 流动求解器的一个强大功能是它们将子网格地形变化直接用于模型,从而提高了解决方案的准确性,并允许使用相对粗糙的网格,从而缩短了计算时间。泥沙输送模型设计为在流动模型的子网格框架内工作,并计算子网格侵蚀和沉积速率、河床高程、级配和河床分层。
增材搅拌摩擦沉积 (AFSD) 是一种新兴的固态增材制造技术,其中材料逐层沉积。与基于熔合的增材制造工艺不同,AFSD 依靠旋转工具通过摩擦热和压力挤压和粘合原料材料,使材料温度低于其熔点,以消除与熔合相关的缺陷。由于其高沉积速率,它适用于大型结构制造。然而,AFSD 仍处于开发阶段,存在关于沿构建高度的硬度变化、缺陷形成和残余应力分布的问题。在本研究中,使用光学显微镜、维氏硬度测试和中子衍射检查了 AFSD 制造的结构。光学显微镜显示第一层和基材界面以及沉积边缘存在缺陷,而硬度测试表明沉积硬度从最后一层到第一层降低。中子衍射显示基材熔合区附近存在拉伸残余应力,而大多数沉积物中存在压缩残余应力。
利用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 在低温下无损伤、无应力地沉积化学计量的氮化硅是微电子、微机电系统 (MEMS) 等各种应用领域中的一个重要课题。本研究研究了氮化硅 PECVD (LAPECVD) 过程中激光辅助对沉积的 Si 3 N 4 薄膜的物理和化学特性的影响。由于反应气体的分解作用增强,在 80 ◦ C 下用 193 nm 激光辅助的 LAPECVD 显示出比 PECVD 更高的沉积速率。此外,沉积的氮化硅薄膜的 N/Si 化学计量比和残余应力也得到了改善。当氮化硅直接沉积在有机发光二极管 (OLED) 上进行薄膜钝化时,LAPECVD 没有观察到电气损坏,这可能是因为激光辅助沉积在 OLED 表面覆盖了一层薄薄的氮化硅层,而传统的 PECVD 则因直接暴露于等离子体而导致离子轰击导致器件损坏。我们相信 LAPECVD 系统可用于各种下一代微电子行业,这些行业需要在低温 PECVD 期间以最小的损坏进行高质量的薄膜沉积。
电弧增材制造 (WAAM) 是一种允许高效原位生产组件或再制造的工艺,它能够以更高的沉积速率和更低的成本进行生产。然而,WAAM 组件在沉积过程中会受到散热的影响,从而导致粗柱状晶粒生长,造成机械性能较差,限制工业应用。因此,本研究调查了将 Al 2 O 3 陶瓷粉末颗粒孕育剂引入 AWS A5.9 ER308LSi 不锈钢壁结构中的作用,通过细化晶粒工艺来提高机械性能。在沉积过程中,当温度降至 150ᵒC 时,手动将 Al 2 O 3 陶瓷粉末颗粒添加到每一层。为了弥补这些知识空白,我们进行了一系列完整的拉伸测试。制造了 WAAM 壁并分析了样品的微观结构。结果表明,WAAM SS308LSi 部件在沉积方向上的最高抗拉强度为 560 MPa,与未接种样品相比增加了 6%。这种改进是由于晶粒细化和异质成核的成功。该研究证明了该技术在 WAAM 部件制造或再制造过程中改善机械性能和微观结构的潜力。
(第 14 届 TWI 在线研讨会)基于电弧的增材制造(AM),也称为定向能量沉积(DED)电弧或线弧增材制造(WAAM),引起了核能、石油和天然气、航空航天、建筑和海洋等广泛行业的极大兴趣。其沉积速率较高,有望用于大型承重结构。 TWI 的技术专长结合了数十年的理论和实践知识、经验和能力,涉及一系列 AM 工艺和支持技术,例如冶金学、材料分析和无损评估。 TWI 拥有一套综合的 AM 研究计划,其中包括过程监控、建模和仿真、AM 设计、产品工程和数字系统集成。 该网络研讨会将介绍 TWI 对 DED arc AM 正在进行的一些研究,并讨论它如何为未来的数字化制造流程做出贡献。这将包括材料、工艺、监测和质量保证等部分,还将介绍能源和其他行业的研究实例。 ◆ 讲师:徐雷博士(电弧焊部门首席项目负责人)<提供翻译>