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粉末床熔合增材制造中温度场和热应力场的有限元分析综述
本综述旨在回顾有限元法在优化工艺参数和提高粉末床熔合增材制造工艺部件的机械性能方面的应用。回顾了粉末床熔合过程模拟中的最新有限元模型。详细总结了宏观层面上激光束熔化或电子束熔化过程的数值建模方法。具体而言，阐明了零件模型预处理、工艺参数、网格方案和温度相关材料特性的重要性。还讨论了用于降低计算成本的模拟技术。然后回顾并讨论了现有的粉末床熔合过程模拟中的有限元模型。根据熔池和打印部件的特点对模拟结果进行分类。然后通过实验结果验证了模拟结果。最后，阐述了有限元法在材料设计、过程监控和控制以及工艺优化等其他增材制造问题方面的意义。总结了现有有限元模型的缺点。并提出了优化PBF工艺参数的潜在新方法。
考虑通过热塑性材料挤出和聚合物粉末床熔合进行锂离子电池 3D 打印
本文考虑了通过热塑性材料挤出和聚合物粉末床熔合来 3D 打印锂离子电池的能力。重点研究了由聚丙烯、LiFePO 4 作为活性材料和导电添加剂组成的正极配方，从电化学、电气、形态和机械角度彻底讨论了这两种增材制造技术的优缺点。基于这些初步结果，提出了进一步优化电化学性能的策略。通过全面的建模研究，与经典的二维平面设计相比，强调了各种复杂的三维锂离子电池结构在高电流密度下的增强电化学适用性。最后，研究了通过多材料打印选项工艺直接打印完整锂离子电池的能力。
电子粉末床熔合增材制造过程中非平衡钛蒸发的饱和压力
电子束粉末床熔合 (E-PBF) 是一种用于金属零件增材制造的极具吸引力的技术。然而，工艺改进需要精确控制电子束传递给粉末的能量。在这里，我们使用可调谐二极管激光吸收光谱 (TD-LAS) 来测量 E-PBF 期间蒸发的钛原子的速度分布函数。激光二极管发射的窄光谱范围允许对蒸发原子进行高分辨率吸收分布分析，从而准确确定它们在熔化过程中的多普勒展宽、密度和温度。获得的蒸汽温度表明熔池表面相对于钛的低压 (0.1 Pa) 沸点过热，表明蒸发发生在非平衡条件下。我们表征了线性能量密度对钛蒸发的影响，发现它与饱和蒸汽压一致。我们对蒸汽特性的表征为熔池模拟提供了可靠的输入。此外，可进一步利用TD-LAS来防止低浓度合金元素的蒸发，从而防止打印部件出现缺陷。
粉末床熔合过程中加工的区域表面纹理和刀具磨损分析
由于时间和成本的缘故，后处理铣削操作通常不切实际，可能需要专门的工具。为了减少对特殊工具和额外加工的需求，开发了混合增材制造系统，以顺序方式打印和铣削，以在一个机器平台上实现所需的表面光洁度。商用机器平台将铣削与定向能量沉积系统（例如 Optomec、Mazak、DMG Mori）和粉末床熔合系统（例如 Matsuura 和 Sodick）相结合，以实现小于 0.8 µm 的表面粗糙度 (Sa) [1, 2]。可以直接从构建室获得精加工表面。已知的第一个关于组合式粉末床熔合和铣削的研究是在 2006 年由松下电工株式会社（日本以外的松下电工）和金泽大学进行的，目的是制造
粉末床熔合激光束制备的创新层级连续功能梯度材料的残余应力评估
显示出最高的拉伸应力，超过 800 MPa。Bodner 等人在 [33] 中报告了 Inconel 625 和 AISI 316L 的层内多材料结构中残余应力水平同样升高的情况。此外，图的上部区域显示拉伸应力从马氏体时效的左边缘开始，延伸到整个梯度区域，并在朝向 AISI 316L 区域的大约一半处减小，在试样的右边缘处发现应力减小到无应力区域。减小的
较高的激光功率可提高粉末床熔合加工的 Mg WE43 的强度，但会降低其耐腐蚀性
Mg 合金的粉末床熔合 - 激光束 (PBF-LB) 为生产具有优化设计的复杂结构提供了新的可能性，既可用于减轻航空航天应用中的重量，也可用于骨科应用中针对特定患者的植入物。然而，尽管已经对该主题进行了大量研究，但各个 PBF-LB 工艺参数对 Mg 合金微观结构和由此产生的材料性能的影响仍然不明确。因此，本研究旨在研究激光功率对表面粗糙度、微观结构和由此产生的关键材料性能（即耐腐蚀性和机械性能）的影响。样品由气雾化的 Mg-4％Y-3％Nd-0.5％Zr（WE43）合金粉末通过 PBF-LB 制成，使用三种不同的激光功率：60 W、80 W 和 90 W。与预期相反，90 W 样品的降解率最高，而 60 W 样品的降解率最低，尽管后者的表面粗糙度最高且内部孔隙较大。相反，发现 90 W 样品的较高降解率源于近表面微观结构。较高的能量输入和随之而来的晶粒尺寸减小，导致第二相沉淀物的数量比 60 W 样品增加，从而增加了通过微电偶腐蚀发生点蚀的趋势。对于拉伸强度和断裂伸长率，观察到了相反的趋势。在这里，发现 90 W 样品的晶粒尺寸减小和沉淀物增加是有益的。总之，观察到激光功率对微观结构的形成有一定影响，最终影响 WE43 的腐蚀和拉伸性能。未来的工作应该研究其他 PBF-LB 工艺参数的影响，以期在耐腐蚀和机械性能之间建立最佳平衡。
粉末熔合金属增材制造工艺中粉末尺寸驱动的简便微观结构控制
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多材料增材制造——激光粉末床熔合过程中通过激光重熔实现功能梯度材料
摘要 许多工艺都可用于制造功能梯度材料。其中，增材制造似乎是命中注定的，因为它可以近净成形制造复杂几何形状，并且有可能在一个部件中应用不同的材料。通过逐层调整起始材料的粉末成分，可以实现宏观的阶梯式梯度。为了进一步改善阶梯式梯度，必须提高原位混合程度，但根据现有技术，这种提高是有限的。本文介绍了一种通过应用激光重熔 (LR) 来提高熔池中原位材料混合程度的新技术。在激光粉末床熔合工艺中，使用纯铜和低合金钢研究了分层 LR 对界面形成的影响。随后进行了横截面选择性电子显微镜分析。通过应用 LR，混合程度得到增强，材料之间的反应区厚度也增加了。此外，界面处还形成了额外的铜和铁基相，导致化学成分梯度比没有 LR 的情况更平滑。Marangoni 对流和热扩散是观察到的效果的驱动力。
激光粉末床熔合 (PBF-LB/M) 钽增材制造的进展：综合回顾
摘要：增材制造 (AM) 是制造技术发展的主要增量。过去几十年来，该研究领域取得了巨大进步，包括工艺、设备和材料的增长。无论技术进步多么引人注目，技术挑战都推动着这些技术的应用和发展。金属增材制造被认为是工业革命的主要领域。根据材料和工艺分类，已经开发出各种金属 AM 技术，包括选择性激光烧结 (SLS)、激光粉末床熔合 (PBF-LB/M) 和电子束粉末床熔合 (PBF-EB/M)。PBF-LB/M 被认为是金属材料最合适的选择之一。由于钽的高生物相容性及其高端安全应用，钽的 PBF-LB/M 已成为本世纪的研究热点。多孔钽的 PBF-LB/M 可通过调整机械和生物医学特性以及具有可预测特征的先进植入物设计，引领生物医学和骨科领域尚未开发的研究前景。本综述主要探讨使用 PBF-LB/M 工艺增材制造钽和相关合金的最新进展。分析包括对工艺参数、机械性能和潜在生物应用的评估。这将为读者提供有关钽合金 PBF-LB/M 现状的宝贵见解。
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。