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Microstructure development and biodegradation behavior of additively manufactured Mg-Zn-Gd alloy with LPSO structure

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Journal of Materials Science & Technology 2023年第13期144卷 1-14页

作者： Youwen Yang Chenrong Ling Yageng Li Shuping Peng deqiao xie Lida Shen Zongjun Tian Cijun Shuai Institute of Additive Manufacturing Jiangxi University of Science and TechnologyNanchang 330013China Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China The Key Laboratory of Carcinogenesis and Cancer Invasion of the Chinese Ministry of Education Xiangya HospitalCentral South UniversityChangsha 410078China NHC Key Laboratory of Carcinogenesis of Hunan Cancer Hospital and the Affiliated Cancer Hospital of Xiangya School of Medicine Cancer Research InstituteSchool of Basic Medical ScienceCentral South UniversityChangsha 410013China College of Mechanical and Electrical Engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing Central South UniversityChangsha 410083China

Biodegradable magnesium(Mg)alloy has been considered as a new generation of orthopedic implant ***,local corrosion usually occurs since the severe micro-galvanic behavior amongα-Mg and precipitates,and results in too rapid *** this study,porous Mg-Zn-Gd part was fabricated using laser additive manufacturing combined with solution heat *** heat treatment,the precipitatedβ-(Mg,Zn)_(3) Gd phase dissolved inα-Mg,and reduced the energy threshold of stacking faults on basal planes,which finally triggered the formation of long period stacking ordered(LPSO)*** LPSO phases owned minor potential difference withα-Mg,thus causing less micro-galvanic corrosion ten-dency as compared toβ-(Mg,Zn)_(3) Gd *** importantly,they were uniformly distributed within theα-Mg grains and showed different orientations between adjacent *** a result,the LPSO-reinforced Mg-Zn-Gd tended to expand laterally during corrosion evolution,and achieved uniform degradation with a considerably reduced degradation rate of 0.34 mm/***,in-vitro cell tests further proved its favorable *** work highlighted the additively manufactured Mg-Zn-Gd with LPSO structure showed great potential for orthopedic application.

关键词： Additive manufacturing Mg alloy LPSO structure Biodegradation behavior Biocompatibility

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Simulation and Analysis of Electromagnetic Force in Laser Melting Deposition by Electromagnetic Impact

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2018年第4期35卷 702-709页

作者： xie Na Zhao Jianfeng xie deqiao Sun Jie Tian Zongjun Shen Lida College of Mechanical and Electrical Engineering Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Magnetic field was introduced in laser melting deposition to reduce the pores in *** 3-D model of the coil-deposition layer-substrate was *** results show that the electromagnetic force in deposition layer mainly concentrates in the projection area of the *** electromagnetic force shows repulsion in one *** experimental results indicate that the magnetic field is beneficial for grain refinement,microhardness increasement and decline of quantities and average sizes of pores.

关键词： laser melting deposition (LMD) finite element method electromagnetic force coil microstructure

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Trabecular-like Ti-6Al-4V scaffolds for orthopedic: fabrication by selective laser melting and in vitro biocompatibility

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Journal of Materials Science & Technology 2019年第7期35卷 1284-1297页

作者： Huixin Liang Youwen Yang deqiao xie Lan Li Ning Mao Changjiang Wang Zongjun Tian Qing jiang Lida Shen College of Mechanical and Electrical Engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing Central South UniversityChangsha 410083China Jiangxi University of Science and Technology Ganzhou 341000China Department of Sports Medicine and Adult Reconstructive Surgery Nanjing University Medical School Affiliated Drum Tower HospitalNanjing 210008China Department of Engineering and Design University of SussexSussex HouseBrighton BN19RHUnited Kingdom Suzhou fCangli Orthopedics Instrument Co. Ltd. Suzhou 215624China

Porous metal scaffolds play an important role in the orthopedic field, due to their wide applications in prostheses implantation. Some previous studies showed that the scaffolds with trabecular bone structure reconstructed via computed tomography had satisfactory biocompatibility. However, the reverse modeling scaffolds were inflexible for customized design. Therefore, a top-down designing biomimetic bone scaffold with favorable mechanical performances and cytocompatibility is urgently demanded for orthopedic implants. An emerging additive manufacturing technique, selective laser melting, was employed to fabricate the trabecular-like porous Ti-6Al-4 V scaffolds with varying irregularities(0.05-0.5) and porosities(48.83%–74.28%) designed through a novel Voronoi-Tessellation based method. Micro-computed tomography and scanning electron microscopy were used to characterize the scaffolds’ ***-static compression tests were performed to evaluate the scaffolds’ mechanical properties. The MG63 cells culture in vitro experiments, including adhesion, proliferation, and differentiation, were conducted to study the cytocompatibility of scaffolds. Compressive tests of scaffolds revealed an apparent elastic modulus range of 1.93–5.24 GPa and an ultimate strength ranging within 44.9–237.5 MPa, which were influenced by irregularity and porosity, and improved by heat treatment. Furthermore, the in vitro assay suggested that the original surface of the SLM-fabricated scaffolds was favorable for osteoblasts adhesion and migration because of micro scale pores and ravines. The trabecular-like porous scaffolds with full irregularity and higher porosity exhibited enhanced cells proliferation and osteoblast differentiation at earlier time, due to their preferable combination of small and large pores with various shapes. This study suggested that selective laser melting-derived Ti-6Al-4 V scaffold with the trabecular-like porous structure designed through Voronoi-Tessellation m

关键词： Irregular porous structure Selective laser melting Voronoi-Tessellation Mechanical performance In vitro study

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陶瓷吸波超材料结构光固化增材制造工艺研究

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南京航空航天大学学报 2022年第1期54卷 95-102页

作者：叶昀谢德巧焦晨陆彬王雪孟田宗军南京航空航天大学机电学院南京210016 南京航空航天大学电子信息工程学院南京211106

陶瓷超材料吸波器具有耐高温、高强度、可完美吸波的特点,其结构复杂且具有周期性,是一种新兴的吸波器件。但传统成形方式在复杂结构制造上存在一定的局限性。本文提出一种基于光固化增材制造氧化铝陶瓷表面镀铁氧体的方法实现周期性复... 详细信息

陶瓷超材料吸波器具有耐高温、高强度、可完美吸波的特点,其结构复杂且具有周期性,是一种新兴的吸波器件。但传统成形方式在复杂结构制造上存在一定的局限性。本文提出一种基于光固化增材制造氧化铝陶瓷表面镀铁氧体的方法实现周期性复杂结构的陶瓷超材料吸波器。使用氧化铝粉末和光敏树脂,配制出可供3D打印的氧化铝陶瓷浆料,利用3D打印机成形氧化铝陶瓷坯体。根据TG‑DSC热分析法,确定了陶瓷坯体的脱脂工艺参数,烧结出氧化铝陶瓷样件。再利用浸渍法在氧化铝样件表面镀铁氧体膜,并烧结使其致密化。使用SEM观察样件表面形貌,通过X射线衍射分析物相组成,利用划痕法测试镀层的结合力。结果表明,本文提出的方法可以实现周期性复杂结构的陶瓷吸波器快速制造,为新型超材料吸波器的设计与制造提供了新的思路。

关键词：氧化铝增材制造铁氧体膜吸波结构工艺参数

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扫描方式及激光重熔对激光选区熔化成形Inconel 718力学性能的影响

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热加工工艺 2023年第2期52卷 10-16页

作者：李军谢德巧吕非周凯沈理达南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 南京航空航天大学、江苏省精密与微细制造技术重点实验室江苏南京210016

采用激光选区熔化技术成形Inconel 718合金,通过对抗拉强度、断后延伸率、硬度和致密度以及组织形貌的探讨,研究了扫描方式及激光重熔的工艺对Inconel 718合金力学性能的影响。结果表明,扫描方式和激光重熔对力学性能都有一定的影响。... 详细信息

采用激光选区熔化技术成形Inconel 718合金,通过对抗拉强度、断后延伸率、硬度和致密度以及组织形貌的探讨,研究了扫描方式及激光重熔的工艺对Inconel 718合金力学性能的影响。结果表明,扫描方式和激光重熔对力学性能都有一定的影响。扫描方式对抗拉强度影响较大,对致密度影响较小,连续型扫描的抗拉强度最高为1059 MPa且高于铸件,不同扫描方式下的断后延伸率均高于21%;激光重熔减少了孔隙缺陷,致密度提高至99%以上,但会引发晶粒粗化和裂纹扩展,重熔前后不同扫描方式样件的抗拉强度差别都小于1%。在高温下,连续型扫描下的断后伸长率提高了15%。

关键词：激光选区熔化 Inconel 718 扫描方式激光重熔力学性能

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激光修复GH4169镍基高温合金的高温拉伸性能

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中国激光 2016年第8期43卷 161-166页

作者：赵剑峰成诚谢得巧肖猛南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

采用镍基高温合金FGH95粉末对航空发动机常用材料GH4169合金进行激光修复试验,测试不同工艺参数下修复试样的高温拉伸性能并对其断裂机理进行分析。研究表明,在合适的工艺参数下,修复试样的高温抗拉强度可达到无损试样的85%以上;当激光... 详细信息

采用镍基高温合金FGH95粉末对航空发动机常用材料GH4169合金进行激光修复试验,测试不同工艺参数下修复试样的高温拉伸性能并对其断裂机理进行分析。研究表明,在合适的工艺参数下,修复试样的高温抗拉强度可达到无损试样的85%以上;当激光线能量密度为100J/mm2时,修复试样的高温抗拉强度达到最大值708 MPa,为无损试样的90.4%,其屈服强度也达到最大值538 MPa,超过无损试样的4.3%。修复试样的高温拉伸断裂位置位于基体的热影响区,在激光束照射所产生的交变循环热作用下,热影响区发生的元素偏析是导致修复试样高温拉伸性能下降的主要原因。

关键词：激光技术激光修复高温合金高温拉伸性能元素偏析

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A Review on Distortion and Residual Stress in Additive Manufacturing

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Chinese Journal of Mechanical Engineering(Additive Manufacturing Frontiers) 2022年第3期1卷 58-68页

作者： deqiao xie Fei Lv Youwen Yang Lida Shen Zongjun Tian Cijun Shuai Bo Chen Jianfeng Zhao College of Energy and Power Engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing210016China College of Mechanical and Electrical Engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing210016China Institute of Bioadditive Manufacturing Jiangxi University of Science and TechnologyNanchang330044China School of Engineering University of LeicesterLeicesterLE17RHUK

Additive manufacturing(AM)has gained extensive attention and tremendous research due to its advantages of fabricating complex-shaped parts without the need of casting ***,distortion is a known issue for many AM technologies,which decreases the precision of as-built *** fusion welding,the local high-energy input generates residual stresses,which can adversely affect the fatigue performance of AM *** the best of the authors’knowledge,a comprehensive review does not exist regarding the distortion and residual stresses dedicated for AM,despite some work has explored the interrelationship between the *** present review is aimed to fill in the identified knowledge gap,by first describing the evolution of distortion and residual stresses for a range of AM processes,and second assessing their influencing *** allows us to elucidate their formation mechanisms from both the micro-and ***,approaches which have been successfully adopted to mitigate both the distortion and residual stresses are *** is anticipated that this review paper opens many opportunities to increase the success rate of AM parts by improving the dimension precision and fatigue life.

关键词： Additive manufacturing Distortion Residual stress Selective laser melting Laser melting deposition

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电磁辅助激光熔化沉积的残余应力

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南京航空航天大学学报 2017年第6期49卷 805-811页

作者：孙杰赵剑峰谢娜谢德巧黄因慧沈理达南京航空航天大学机电学院南京210016

针对激光熔化沉积内部残余应力较大的问题,对其产生的机理作了分析。基于电磁场的应用原理,提出电磁辅助激光熔化沉积以降低其残余应力的方法。利用ANSYS参数化编程语言APDL模拟了电磁辅助激光熔化沉积的过程,分析了成形件残余应力的变... 详细信息

针对激光熔化沉积内部残余应力较大的问题,对其产生的机理作了分析。基于电磁场的应用原理,提出电磁辅助激光熔化沉积以降低其残余应力的方法。利用ANSYS参数化编程语言APDL模拟了电磁辅助激光熔化沉积的过程,分析了成形件残余应力的变化规律,结果表明同步加载轴向电磁力能较好地消减成形件内部残余应力。采用X射线衍射结合电解腐蚀的方法进行深度方向的残余应力测量试验,试验结果验证了电磁辅助的有效性。

关键词：电磁场激光熔化沉积残余应力 X射线衍射

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AlSi10Mg铝合金激光熔化沉积显微组织及力学性能

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华南理工大学学报（自然科学版） 2018年第10期46卷 117-125页

作者：吕非田宗军梁绘昕谢德巧沈理达肖猛南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 南京先进激光技术研究院江苏南京210038

为了提高同轴送粉激光熔化沉积技术AlSi10Mg铝合金的成形质量,文中通过单道扫描试验、块体成形试验和拉伸性能测试研究不同工艺参数下试样致密度、组织和性能变化趋势及原因,并进行优化.结果表明:试样成形质量受能量密度和扫描间距影响... 详细信息

为了提高同轴送粉激光熔化沉积技术AlSi10Mg铝合金的成形质量,文中通过单道扫描试验、块体成形试验和拉伸性能测试研究不同工艺参数下试样致密度、组织和性能变化趋势及原因,并进行优化.结果表明:试样成形质量受能量密度和扫描间距影响;拉伸性能可通过减少组织缺陷、增强固溶强化效果两种方式提高.工艺优化后,单道表面光滑,无球化现象,块体试样致密度良好,无大尺寸孔隙和裂纹,致密度提高至99. 2%;试样显微组织为具有定向快速凝固特征的Al-Si共晶形貌,存在胞晶、柱状树枝晶和发散树枝晶3种组织,随着冷却速率的增大,Si相在Al基体中的溶解度增加至7. 6%,固溶强化效果增强.因此,通过工艺参数优化可得到性能良好的激光熔化沉积AlSi10Mg试样,拉伸强度可达292 MPa,较铸件提高了33%.

关键词：激光熔化沉积 AlSi10Mg铝合金显微组织显微硬度拉伸性能

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光固化成形氧化铝陶瓷表面选择性金属化工艺研究

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热加工工艺 2023年第10期52卷 85-90,95页

作者：陆彬焦晨叶昀赵剑峰谢德巧沈理达徐原野南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

提出了一种在光固化成形的复杂陶瓷结构表面进行选择性金属化的完整工艺流程。利用光固化成形在制造复杂陶瓷结构领域内的优势,配合金属刻划在陶瓷表面留下活性金属层,最后结合化学镀铜工艺,在常温下实现三维结构以及陶瓷内表面以及复... 详细信息

提出了一种在光固化成形的复杂陶瓷结构表面进行选择性金属化的完整工艺流程。利用光固化成形在制造复杂陶瓷结构领域内的优势,配合金属刻划在陶瓷表面留下活性金属层,最后结合化学镀铜工艺,在常温下实现三维结构以及陶瓷内表面以及复杂陶瓷表面可控定向金属化。结果表明,所得到的铜镀层具有精确度高,粗糙度小的特点,并且与基体具有优秀的结合力以及良好的可焊性。四探针电阻仪测得铜层的电阻率约为1.03 mΩ·cm。以该工艺路线制备了以Al2O3陶瓷为基体的天线结构等应用实例。实例表明,本文提出的光固化成形Al2O3以及表面金属化方法可实现复杂陶瓷微波器件的快速制造,为满足航空航天等特殊应用场景的微波器件提供了新设计制造思路。

关键词：光固化氧化铝陶瓷金属化金属刻划天线结构

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