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Characterization, preparation, and reuse of metallic powders for laser powder bed fusion: a review

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International Journal of Extreme Manufacturing 2024年第1期6卷 52-91页

作者： Xiaoyu Sun Minan Chen Tingting liu Kai zhang Huiliang Wei Zhiguang Zhu wenhe liao School of Mechanical Engineering Nanjing University of Science and TechnologyNanjing 210094People’s Republic of China

Laser powder bed fusion(L-PBF) has attracted significant attention in both the industry and academic fields since its inception, providing unprecedented advantages to fabricate complex-shaped metallic components. The printing quality and performance of L-PBF alloys are infuenced by numerous variables consisting of feedstock powders, manufacturing process,and post-treatment. As the starting materials, metallic powders play a critical role in infuencing the fabrication cost, printing consistency, and properties. Given their deterministic roles, the present review aims to retrospect the recent progress on metallic powders for L-PBF including characterization, preparation, and reuse. The powder characterization mainly serves for printing consistency while powder preparation and reuse are introduced to reduce the fabrication *** powder characterization and preparation methods are presented in the beginning by analyzing the measurement principles, advantages, and limitations. Subsequently, the effect of powder reuse on the powder characteristics and mechanical performance of L-PBF parts is analyzed, focusing on steels, nickel-based superalloys, titanium and titanium alloys, and aluminum alloys. The evolution trends of powders and L-PBF parts vary depending on specific alloy systems, which makes the proposal of a unified reuse protocol infeasible. Finally,perspectives are presented to cater to the increased applications of L-PBF technologies for future investigations. The present state-of-the-art work can pave the way for the broad industrial applications of L-PBF by enhancing printing consistency and reducing the total costs from the perspective of powders.

关键词： laser powder bed fusion powder characterization powder preparation powder reuse

激光功率对激光粉末床熔融成形Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷熔池形态、微观组织和力学性能影响的研究

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中国激光 2024年第10期51卷 231-243页

作者：熊志伟张凯刘婷婷廖文和南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

熔融生长的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷具有优异的高温性能。采用激光粉末床熔融(LPBF)直接制备Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷,研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能。结果表... 详细信息

熔融生长的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷具有优异的高温性能。采用激光粉末床熔融(LPBF)直接制备Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷,研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能。结果表明,激光功率的提升将增加熔池的长度和单沉积道的宽度。Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷的表面粗糙度(Ra)和气孔率均随着激光功率的增加先降低后升高。在没有添加Y2O_(3)等稳定剂的条件下,Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷的物相主要包括α-Al_(2)O_(3)、m-ZrO_(2)和亚稳相t-ZrO_(2)。随着激光功率的增加,m-ZrO_(2)逐渐减少,这是由于LPBF的快速冷却过程抑制了马氏体相变。样件的晶粒尺寸随着激光功率的增加呈增大趋势,晶界密度减小,因此测量的显微硬度和断裂韧性呈现下降的趋势。当激光功率为60 W时,得到硬度为Hv=17.19 GPa和断裂韧性为KIC=6.67 MPa·m1/2的最优力学性能样品。

关键词：激光技术激光粉末床熔融 Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷熔池晶粒尺寸断裂韧性

基于熔池光信号的激光粉末床熔融沉积缺陷在线监测与诊断(特邀)

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中国激光 2024年第10期51卷 138-151页

作者：陈香媛韦辉亮刘婷婷张凯李建森邹志永廖文和南京理工大学机械工程学院南京210094

在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中,铺粉异常导致的沉积缺陷会严重影响成形零件的表面及内部质量,但目前缺乏针对性的在线监测与诊断方案。采用光电探测器和高速相机在线监测成形过程中的光强和熔池面积信号,探究不同粉末厚度条件下熔... 详细信息

在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中,铺粉异常导致的沉积缺陷会严重影响成形零件的表面及内部质量,但目前缺乏针对性的在线监测与诊断方案。采用光电探测器和高速相机在线监测成形过程中的光强和熔池面积信号,探究不同粉末厚度条件下熔池尺度光信号的变化规律,实现对零件质量的初步诊断。研究结果表明,粉末厚度的异常增加会导致零件熔化状态出现波动,并最终导致严重的球化。表面粗糙度从正常打印状态的5μm显著增加至100μm以上,同时在零件内部形成了未熔合孔隙缺陷。阐述了粉末厚度对沉积缺陷的影响机制,深入分析了光强与熔池面积的特征及其相互关系,提出了一种基于阈值百分比诊断沉积缺陷的信号监测方法。

关键词：增材制造激光粉末床熔融在线监测熔池光信号沉积缺陷

Investigation of the Laser Powder Bed Fusion Process of Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si Alloy

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2023年第2期36卷 78-90页

作者： Changchun zhang Tingting liu wenhe liao Huiliang Wei Ling zhang School of Mechanical Engineering Nanjing University of Science and TechnologyNanjing 210094China School of Mechanical and Vehicle Engineering West Anhui UniversityLuan 237012China

Laser powder bed fusion(LPBF)is an advanced manufacturing technology;however,inappropriate LPBF process parameters may cause printing defects in *** the present work,the LPBF process of Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si alloy was investigated by a two-step optimization ***,heat transfer and liquid flow behaviors during LPBF were simulated by a well-tested phenomenological model,and the defect formation mechanisms in the as-fabricated alloy were *** optimized process parameters for LPBF were detected as laser power changed from 195 W to 210 W,with scanning speed of 1250 mm/*** LPBF process was divided into a laser irradiation stage,a spreading flow stage,and a solidification *** morphologies and defects of deposited tracks were affected by liquid flow behavior caused by rapid cooling *** findings of this research can provide valuable support for printing defect-free metal components.

关键词： Laser powder bed fusion Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si alloy Process parameters Heat transfer and liquid flow Defects

A Laser Line Scanner Based Hole Position Correction Mechanism for Automatic Drilling and Riveting in Aircraft Assembly

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2019年第6期36卷 952-963页

作者： zhang Lin TIAN Wei SUN Hailong XUE Qiwei liu Yangyang liao wenhe College of Mechanical&Electrical Engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016P.R.China Laboratory of Aeronautics Intelligent Equipment Technology Research AVIC Che ngdu Aircraft Industry(Group)Co.Ltd.Chengdu 610092P.R.China School of Mecha nical Engineering Nanjing University of Science and TechnologyNanjing 210094P.R.China

The low-stiffness of aircraft skins may results in the differences between aircraft actual parts and their theoretical models,which will consequently affect the accuracy of automatic drilling and riveting in aircraft *** this paper,a novel approach of hole position correction using laser line scanner(LLS)is proposed to assign a single row of holes on the parts’***,we adopt a space circle fitting method and the random sample consensus(RANSAC)to obtain the precise coordinates of center of the datum holes’***,LLS is calibrated by the laser tracker,and the relations between the LLS coordinate system and the tool coordinate system(TCS)can be ***,the kinematics model of the automatic riveting machine is established based on a two-point referencing strategy proposed in this ***,the positions of the holes to be drilled can be ***,the experimental results show that in TCS the measurement error of LLS is less than 0.1 mm,and the correction error of the hole position is less than 0.5 mm,which demonstrates the reliability of our method.

关键词： aircraft assembly automatic drilling and riveting system(ADRS) laser line scanner(LLS) position correction

知识的记忆-遗忘模型及其在知识管理中的应用

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南京航空航天大学学报 2008年第2期40卷 265-270页

作者：张格伟廖文和刘长毅俞烽南京航空航天大学机电学院南京210016

人脑通过反复记忆-遗忘功能筛选和掌握有用知识。将人脑的记忆和遗忘的特性引入知识管理,建立了符合遗忘规律的记忆-遗忘数学模型,并对其进行了适合计算机模拟的等效简化,以此为基础探讨了在知识管理系统中的应用和实现方法,并给出了实... 详细信息

人脑通过反复记忆-遗忘功能筛选和掌握有用知识。将人脑的记忆和遗忘的特性引入知识管理,建立了符合遗忘规律的记忆-遗忘数学模型,并对其进行了适合计算机模拟的等效简化,以此为基础探讨了在知识管理系统中的应用和实现方法,并给出了实例。该模型能有助于快速提炼出知识系统中使用频繁的知识单元,并且对老化知识和新知识具有一定的适应能力,可以提升知识管理系统的价值。

关键词：知识管理算法记忆模型遗忘再激励

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基于摘要信息函数的工艺文档的电子签名

机械科学与技术 2006年第9期25卷 1049-1052,1101页

作者：张格伟廖文和刘长毅俞烽南京航空航天大学机电学院南京210016

研究了一种对网络化CAPP系统的工艺文档通过嵌入摘要信息进行签名保护的有效方法。通过摘要信息函数Shadow算法加密得到工艺文档的摘要信息并嵌入到XML工艺文档中,保证了文档信息的完整性。以此为核心,实现了签名的生成、校验和显示,保... 详细信息

研究了一种对网络化CAPP系统的工艺文档通过嵌入摘要信息进行签名保护的有效方法。通过摘要信息函数Shadow算法加密得到工艺文档的摘要信息并嵌入到XML工艺文档中,保证了文档信息的完整性。以此为核心,实现了签名的生成、校验和显示,保障了网络环境下CAPP系统中工艺数据的权威和真实。本文研究的方法可以推广到其它信息系统中。

关键词： CAPP 工艺文档电子签名摘要信息

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基于XML的CAPP信息模型的集成

机械科学与技术 2006年第9期25卷 1109-1113页

作者：俞烽廖文和刘长毅张格伟南京航空航天大学机电学院南京210016

为实现CAD/CAPP系统的可集成性,首先,从CAD系统中提取信息,进行工艺信息建模,以XML作为系统集成的中间数据,将CAD的信息模型转换成CAPP信息模型,并以XML格式文件的信息模型输入CAPP系统,可以解决网络化集成环境下CAPP系统的集成问题,最... 详细信息

为实现CAD/CAPP系统的可集成性,首先,从CAD系统中提取信息,进行工艺信息建模,以XML作为系统集成的中间数据,将CAD的信息模型转换成CAPP信息模型,并以XML格式文件的信息模型输入CAPP系统,可以解决网络化集成环境下CAPP系统的集成问题,最后,给出具体实例验证该方法的可行性。

关键词： CAD/CAPP CAPP 信息模型 XML

基于固有应变法的激光增材制造特征结构应力与变形高效预测

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中国激光 2022年第14期49卷 151-165页

作者：尹清远韦辉亮张昌春刘婷婷廖文和南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

在激光粉末床熔融过程中,热循环和热积累导致零件产生残余应力和变形,对零件的成形精度带来极大的影响。由于计算量过大,利用热弹塑性模型难以实现尺寸较大的结构残余应力和变形的模拟。为了实现快速准确的预测,基于改进的固有应变理论... 详细信息

在激光粉末床熔融过程中,热循环和热积累导致零件产生残余应力和变形,对零件的成形精度带来极大的影响。由于计算量过大,利用热弹塑性模型难以实现尺寸较大的结构残余应力和变形的模拟。为了实现快速准确的预测,基于改进的固有应变理论,从热弹塑性模型中提取固有应变矢量并逐层施加至典型特征结构中,系统性地研究了四种扫描策略下特征结构的残余应力和变形分布。研究发现,在不同扫描策略下,薄壁结构、悬臂梁和悬垂圆孔结构表现出相同的变形趋势,即扫描方向沿短边时变形最小。其原因一为扫描方向沿短边方向时扫描矢量长度较小,二为相同应力下短边变形小于长边变形,从而产生小的残余应力及变形。对悬垂结构增加支撑有利于减小翘曲变形,提高成形质量。在悬垂圆孔结构外侧,随打印高度逐渐增大的竖直方向的拉应力是影响其变形的主要原因。所得结果可对获得低应力、高精度增材制造结构以及提高增材制造成形质量提供有效技术支撑。

关键词：激光技术激光粉末床熔融固有应变特征结构扫描策略变形预测