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金属粉末床熔合工艺链
摘要 金属粉末床熔合 (MPBF) 不是一个独立的过程，通常需要其他制造技术（例如热处理和表面处理操作）来实现高质量的组件。为了优化给定组件的每个单独过程，必须考虑和了解其在整个过程链中的进展，这可以通过使用经过验证的模型来实现。本文旨在概述可用于开发 MPBF 流程链数字孪生的各种建模技术，包括物理和数字实体之间的数据传输方法和不确定性评估。通过使用技术就绪水平对建模技术的当前成熟度进行评估，以了解其成熟度。总结了 MPBF 研究领域（即预测：粉末变形；温度；材料特性；变形；残余应力；以及拓扑优化）、后处理（即建模：加工；热处理；和表面工程）和数字孪生（即制造流程链模拟；互操作性和计算性能）中使用的基于物理的建模技术的优点和缺点。还讨论并总结了这些 MPBF 研究领域面临的挑战的未来前景。
激光粉末床熔合增材制造
1996 年 1 月 1 日之后发布的报告通常可通过美国能源部 (DOE) SciTech Connect 免费获取。网站 www.osti.gov 公众可以从以下来源购买 1996 年 1 月 1 日之前制作的报告： 国家技术信息服务 5285 Port Royal Road Springfield, VA 22161 电话 703-605-6000（1-800-553-6847） TDD 703-487-4639 传真 703-605-6900 电子邮件 info@ntis.gov 网站 http://classic.ntis.gov/ DOE 员工、DOE 承包商、能源技术数据交换代表和国际核信息系统代表可以从以下来源获取报告： 科学技术信息办公室 PO Box 62 Oak Ridge, TN 37831 电话 865-576-8401 传真 865-576-5728 电子邮件 reports@osti.gov 网站 http://www.osti.gov/contact.html
金属粉末床熔合工艺链
摘要 金属粉末床熔合 (MPBF) 不是一个独立的工艺，通常需要其他制造技术（例如热处理和表面处理操作）才能获得高质量的组件。 为了优化给定组件的每个单独工艺，必须考虑和了解其在整个工艺链中的进展，这可以通过使用经过验证的模型来实现。 本文旨在概述可用于开发 MPBF 工艺链数字孪生的各种建模技术，包括物理实体和数字实体之间的数据传输方法和不确定性评估。 通过使用技术就绪水平对建模技术的当前成熟度进行评估，以了解其成熟度。总结了 MPBF 研究领域（即预测：粉末变形；温度；材料特性；变形；残余应力；以及拓扑优化）、后处理（即建模：加工；热处理；和表面工程）和数字孪生（即制造过程链的模拟；互操作性和计算性能）中使用的基于物理的建模技术的优点和缺点。还讨论并总结了这些 MPBF 研究领域面临的挑战的未来前景。
激光粉末床熔合增材制造在...
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PBF（粉末床熔合）和DED（定向能量...
混合增材制造 (AM) 是指两种金属 AM 技术的组合：粉末床熔合 (PBF) 材料沉积和定向能量沉积 (DED) 附加构建。本研究重点研究了混合 AM 生产过程中 PBF 和 DED 相对沉积方向的不同特性。将混合 AM 制备的样品（即混合样品）的特性与 PBF 或 DED 制备的样品的特性进行了比较。PBF 沉积物的微观结构以铁素体为主，局部可观察到非常细小的残余奥氏体。相反，DED 沉积物的微观结构中均匀形成板条马氏体和残余奥氏体。两种过程中微观结构的不同归因于冷却速度的差异。在 DED 沉积物中，由于残余奥氏体分数高，显微硬度显著降低。然而，在混合样品中，由于长期沉积的时效热处理，HAZ 中的显微硬度迅速增加。 PBF和DED样品的主要磨损机制分别是氧化磨损和塑性变形。
不锈钢的电子束粉末床熔合加工
增材制造 (AM) 仍是一项相对较新的技术。与从毛坯中去除材料的传统加工不同，AM 用于从空工作空间开始将原料逐层熔合成复杂形状。AM 能够制造复杂的零件几何形状和零件变体，而几乎无需额外制造成本。以前不可能制造的几何形状现在可以作为设计选项使用，例如弯曲的内部通道、复杂的晶格结构和设计的表面孔隙率 - 所有这些都可以重复生产。电子束粉末床熔合 (PBF-EB) 是一种 AM 方法，其中使用电子束将细颗粒粉末加工成零件。自诞生以来，PBF-EB 一直受到可供加工的材料数量的限制。本论文的目的是探索使用 PBF-EB 加工不锈钢的可能性。这项工作的重点是开发高效加工参数，目的是获得高密度成品材料，并了解工艺参数与零件由此产生的微观结构和其他质量方面之间的关系。两种不锈钢粉末，316LN（奥氏体）和超级双相 2507（奥氏体/铁素体），通过各种工艺参数使用各种熔化策略加工成固体零件。在选择一组以高加工速率生产高质量零件的参数之前，对密度、微观结构特征和机械性能进行评估和评定。这项工作的结论是，不锈钢非常适合 PBF-EB 加工，具有宽广的加工窗口。研究还表明，材料性能受所用加工参数的影响很大。对于超级双相不锈钢 2507，制造的部件需要进行制造后热处理才能达到所需的微观结构、相组成和拉伸性能，而 316LN 则可以在更大程度上直接使用，只要使用适当的制造准备和加工参数即可。
316L 不锈钢的激光粉末床熔合
I. 构建几何形状对增材制造 316L 零件微观结构发展的影响 A. Leicht、U. Klement、E. Hryha Mater. Charact. 143 (2018) 137–143 II. 零件厚度对激光粉末床熔合制造 316L 零件微观结构和力学性能的影响 A. Leicht、C. Pauzon、M. Rashidi、U. Klement、L. Nyborg、E. Hryha 已提交出版 III. 工艺气体和扫描速度对 L-PBF 制造的薄 316L 结构的性能和生产率的影响 C. Pauzon、A. Leicht、U. Klement、P. Forêt、E. Hryha 已提交出版 IV.扫描旋转对激光粉末床熔合生产的 316L 零件微观结构发展和力学性能的影响 A. Leicht、CH Yu、V. Luzin、U. Klement、E. Hryha Mater。Charact。163 (2020) 110309 V. 工艺参数对激光粉末床熔合生产的 316L 零件微观结构、抗拉强度和生产率的影响 A. Leicht、M. Rashidi、U. Klement、E. Hryha Mater。Charact。159 (2020) 110016 VI. 通过增加层厚度提高 316L 激光粉末床熔合的生产率：对微观结构和力学性能的影响 A. Leicht、M. Fischer、U. Klement、E. Hryha、L. Nyborg 已提交出版
WC 的激光粉末床熔合工艺开发...
图 3：A) 基于单珠 (SB) 实验的每种激光功率和激光速度组合的熔化行为与预测的熔化行为叠加。B) 连续单珠的宽度和标准偏差与预测的熔化行为叠加。对于这两个图，预计绿色区域将完全熔化，黄色区域将部分熔化，蓝色区域将不熔化。
粉末床熔合中的多金属研究：综述
摘要：本文讨论了不同形式的粉末床熔合 (PBF) 技术，即激光粉末床熔合 (LPBF)、电子束粉末床熔合 (EB-PBF) 和大面积脉冲激光粉末床熔合 (L-APBF)。多金属增材制造面临的挑战，包括材料兼容性、孔隙率、裂纹、合金元素损失和氧化物夹杂物，已得到广泛讨论。为克服这些挑战提出的解决方案包括优化打印参数、使用支撑结构和后处理技术。未来需要对金属复合材料、功能梯度材料、多合金结构和具有定制性能的材料进行研究，以应对这些挑战并提高最终产品的质量和可靠性。多金属增材制造的进步可以为各个行业带来巨大的利益。
基于激光的普通碳和低粉末床熔合...
查尔姆斯理工大学摘要：尽管激光粉末床熔合 (LB-PBF) 作为一种增材制造技术具有突出地位，但获准用于该工艺的合金数量仍然有限。在传统制造中，铁合金是最常见的合金组，主要由普通碳钢和低合金钢组成。然而，在 LB-PBF 中，铁合金的生产仅限于少数奥氏体/沉淀硬化不锈钢和工具钢。普通碳钢和低合金钢的缺乏源于碳在加工过程中的负面影响，这会促进成品材料内开裂缺陷的形成。因此，为了扩大 LB-PBF 的机会，必须了解如何加工这些含碳铁合金。本研究探讨了各种普通碳钢（0.06 至 1.1 wt.% C）和低合金钢（4130、4140、4340 和 8620）的 LB-PBF 加工性能和微观结构。微观结构分析发现，成品试样由回火马氏体组成，这种回火马氏体是由于 LB-PBF 过程中的初始快速冷却和随后的固有热处理而形成的。此外，在 C 含量≥0.75 wt.% 的合金中观察到残余奥氏体的存在，这是由于马氏体转变温度降低，导致冷却至室温时部分奥氏体未转变。就缺陷而言，成品试样内的孔隙率可能与所选的体积能量密度 (VED) 和合金的碳含量有关。在低 VED 下，试样含有与未熔合孔隙有关的大而不规则的孔隙，而在高 VED 下，试样含有与小孔隙有关的圆形中等大小的孔隙。就碳含量而言，发现增加碳量可减少低 VED 下的未熔合孔隙的数量，而增加高 VED 下的小孔隙的数量。未熔合孔隙的减少是由于熔池的润湿性和流动性改善，而小孔隙的增加是由于碳含量较高导致熔池深度增加。除了孔隙之外，在一些普通碳钢和低合金钢中还观察到冷裂纹，形成于硬度超过某些阈值的试样中：Fe-C 合金为 ≥425 HV，4140 合金为 >460 HV，4340 合金为 >500 HV。增加 VED 或激光功率会降低样品硬度，因为这两个因素都会增强 LB-PBF 的固有热处理。这意味着如果使用足够大的 VED 或激光功率，就可以避免（某些合金中的）开裂。碳含量还会影响成品样品的硬度，从而影响开裂敏感性，这一发现解释了为什么低碳合金（<0.43 wt.% C）在任何测试的 VED 下都不会出现开裂，而高碳合金（≥0.75 wt.% C）会在任何测试的 VED 下出现开裂。% C) 在每次测试的 VED 中都出现开裂。利用这些发现，建立了加工窗口，无需预热构建板即可生产出高密度 (>99.8%)、无缺陷的普通碳钢和低合金钢样品。