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超声复合激光制造技术研究进展(特邀)

中国激光 2024年第4期51卷 41-59页

作者：姚喆赫潘成颢迟一鸣陈健王发博张群莉姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院浙江杭州310023 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室浙江杭州310023 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023

超声复合激光制造技术通过施加外部超声以提升激光制造的加工能力与质量,已成为国内外研究热点。分析了当前超声复合激光制造技术涉及的耦合机理,并综述了超声在激光制造过程中的作用机制。根据超声振动模块与基体的接触模式将超声引入... 详细信息

超声复合激光制造技术通过施加外部超声以提升激光制造的加工能力与质量,已成为国内外研究热点。分析了当前超声复合激光制造技术涉及的耦合机理,并综述了超声在激光制造过程中的作用机制。根据超声振动模块与基体的接触模式将超声引入方式划分为固定接触式、移动接触式、非接触式,并分别阐述三种超声引入方式的优势与缺点。进一步,从增材、等材、减材制造三个方面全面讨论了不同超声引入方式和不同激光制造技术相结合的超声复合激光制造技术,探讨了不同复合制造技术的原理和技术特点,归纳了超声振动在激光制造过程中的影响规律。在当前研究进展基础上对超声复合激光制造技术的发展方向进行了展望。

关键词：激光制造复合制造超声振动耦合机制超声引入方式

“人工智能赋能激光”——智能化激光制造装备及工艺研究进展

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中国激光 2023年第11期50卷 63-75页

作者：张宇梁钟占荣曹洁周运龙管迎春北京航空航天大学机械工程与自动化学院北京100083 清华大学机械工程学院北京100084 浙江移动信息系统集成有限公司浙江杭州310000 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191 北京航空航天大学国际交叉科学研究院北京100083

人工智能在智能制造领域中起着举足轻重的作用。近年来,激光制造技术以其精度高、可控性强等优势而逐渐成为先进制造的关键技术,在航空航天、国防军事、新能源汽车、生物医疗等重要领域中发挥了重要作用。与此同时,人工智能在激光制造... 详细信息

人工智能在智能制造领域中起着举足轻重的作用。近年来,激光制造技术以其精度高、可控性强等优势而逐渐成为先进制造的关键技术,在航空航天、国防军事、新能源汽车、生物医疗等重要领域中发挥了重要作用。与此同时,人工智能在激光制造中的模拟预测、参数优化、过程控制、质量分析等方面展现了巨大的应用潜力。主要从激光制造装备和工艺这两个方面出发,总结了激光制造领域中人工智能的研究现状与应用情况,并对人工智能和激光制造技术的发展方向及应用前景进行了展望。

关键词：激光技术激光制造人工智能在线监测过程控制智能制造

激光制造中载气式同轴送粉粉末流场的数值模拟

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机械工程学报 2007年第5期43卷 161-166页

作者：靳晓曙杨洗陈冯立伟王云山天津工业大学激光技术研究所天津300160

应用气固两相流理论对载气式同轴送粉系统中粉末流出送粉喷嘴后的粉末流场进行模拟计算,研究分析粉末流场浓度分布规律及粉末流参数(聚焦焦距和聚焦半径)的变化规律,计算结果与数字粒子图像测速的试验结果吻合较好。结果表明,载气式同... 详细信息

应用气固两相流理论对载气式同轴送粉系统中粉末流出送粉喷嘴后的粉末流场进行模拟计算,研究分析粉末流场浓度分布规律及粉末流参数(聚焦焦距和聚焦半径)的变化规律,计算结果与数字粒子图像测速的试验结果吻合较好。结果表明,载气式同轴送粉系统中,送粉喷嘴结构参数一定时,粉末流浓度和粉末流参数受送粉量及送粉气流量的影响。送粉气流量主要影响送粉喷嘴出粉口处粉末流的速度,对粉末流浓度分布和粉末流聚焦参数影响较小;送粉量增加,聚焦点处浓度值增大,粉流聚焦焦点略微下移,焦距处半径增大,聚焦焦深减小。建立粉末流简化物理模型,所建模型对同轴送粉喷嘴的设计和性能优化具有参考价值。

关键词：激光制造同轴送粉气固两相流数值模拟

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激光制造粉末输送系统的优化研究

激光制造粉末输送系统的优化研究

作者：王云生浙江工业大学

学位级别：硕士

粉末输送系统是激光制造系统的关键组成部分,其中送粉器和送粉喷嘴是整个送粉系统的核心和关键环节,分别完成粉末的定量稳定输出和定点准确投送的任务,对激光制造的质量和效率具有重要影响。本文在综合分析了目前送粉系统相关设备的研... 详细信息

粉末输送系统是激光制造系统的关键组成部分,其中送粉器和送粉喷嘴是整个送粉系统的核心和关键环节,分别完成粉末的定量稳定输出和定点准确投送的任务,对激光制造的质量和效率具有重要影响。本文在综合分析了目前送粉系统相关设备的研究概况后,确立以沸腾式送粉器和宽带送粉喷嘴为主要的研究对象,对激光制造送粉系统进行优化和完善。沸腾式送粉器相比其他机械式送粉器具有独特优势,在激光制造领域具有较高的应用和推广价值。针对目前沸腾式送粉器系统稳定性不足的问题,本文在分析沸腾式送粉器结构原理的基础上,从送粉管进粉孔和溢流出口两个关键结构入手,设计了相应的优化实验,获得了更优的进粉孔直径和溢流口开度参数;并在优化的结构参数下采用电流-流量比例阀对沸腾式送粉器进行了控制送粉测试,数据表明:当输入电流值60mA-70mA时,送粉率范围为4.7g/min-24g/min,输入电流与送粉率之间有较好的线性关系;送粉率波动的标准差系数在5%以内,表明该阀在沸腾式送粉器的送粉率控制上具有良好的使用性能。宽带送粉喷嘴是激光宽带熔覆的关键技术之一。针对目前宽带送粉喷嘴粉末输出发散大,粉末利用率低的问题,本文依据气固两相流理论,首先分析了导致粉末发散的主要原因有两个方面:一是在粉末在输运过程中,受到载气的扰动作用;二是粉末从出口输出时,受到载气的湍流扩散作用。结合上述分析,本文设计了两种改进型喷嘴结构:其中一种带双侧整流保护气的喷嘴,其原理是通过添加整流气以减小出口载气的湍流强度;另一种窗形逸气式喷嘴,其原理是通过卸除载气以减小载气对粉末的扰动作用。然后,利用FLUENT软件分别对上述两种喷嘴结构进行了数值仿真,通过对仿真结果的分析,优化设计了一种带下侧整流气的卸载式喷嘴结构,该结构在卸除载气的同时添加下侧整流气对输出的粉束进行整流。最后,对制造的喷嘴实体进行了送粉测试和激光熔覆实验,数据表明:带下侧整流气的卸载式喷嘴结构可以有效提高输出粉末的汇聚性,与普通条件相比,采用带下侧整流保护气的卸载式喷嘴结构,粉末利用率由不足50%提高到76%,达到了预期的设计目标。

关键词：激光制造送粉系统送粉器喷嘴优化研究

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激光制造技术的应用与展望

现代制造工程 2012年第9期 130-134页

作者：辛晨光浙江大学光电信息工程学系杭州310000

激光制造技术是一种具有巨大发展潜力的高柔性、绿色制造技术。阐述了目前激光制造技术在不同制造领域、不同工艺范围的应用现状,包括激光焊接、激光熔覆及激光表面合金化、激光淬火、激光表面改性、激光切割、激光快速成形、激光打孔... 详细信息

激光制造技术是一种具有巨大发展潜力的高柔性、绿色制造技术。阐述了目前激光制造技术在不同制造领域、不同工艺范围的应用现状,包括激光焊接、激光熔覆及激光表面合金化、激光淬火、激光表面改性、激光切割、激光快速成形、激光打孔和激光纳米制造,并展望了激光制造技术未来的研究及发展趋势。

关键词：激光制造应用现状发展趋势

超快激光纳米连接及其在微纳器件制造中的应用

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中国激光 2021年第15期48卷 122-139页

作者：邹贵生林路禅肖宇邓钟炀贾强冯斌王文淦邢松龄任辉沈道智刘磊清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室北京100084 上海交通大学材料科学与工程学院上海市激光制造与材料改性重点实验室上海200240

纳米连接涉及纳-纳、纳-微-宏跨尺度的材料连接,其在微纳电子元器件及其系统、微纳光机电系统等互连封装制造和研发中起到越来越重要的作用。目前已研发了系列纳米连接工艺方法,但在高操控性能量输入、多材料选择、低损伤互连等方面均... 详细信息

纳米连接涉及纳-纳、纳-微-宏跨尺度的材料连接,其在微纳电子元器件及其系统、微纳光机电系统等互连封装制造和研发中起到越来越重要的作用。目前已研发了系列纳米连接工艺方法,但在高操控性能量输入、多材料选择、低损伤互连等方面均有各自的局限性。超快激光具有峰值功率密度极高、多材料适用、加工热影响区极小等显著优势,进而基于超快激光制造的纳米连接是一个重要的发展方向。以本团队及合作者的研究为主,阐述了纳米尺度材料超快激光连接的局域能量调控和异质连接界面冶金与能带修饰、基于超快激光纳米颗粒薄膜沉积的低温连接新技术,以及基于超快激光纳米连接的新型微纳器件的制造与应用。同时,指出了超快激光纳米连接所面临的挑战和发展趋势,为未来纳米连接的研究和应用提供参考。

关键词：激光制造纳米材料超快激光纳米连接脉冲激光沉积界面冶金微纳器件

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激光制造中金属粉末流浓度场的检测

中国激光 2006年第7期33卷 993-997页

作者：杨洗陈雷剑波刘运武王云山天津工业大学激光技术研究所天津300160

研究激光同轴送粉中金属粉末流场的分布特性,对指导激光制造技术应用具有直接指导意义。重点研究了激光制造中同轴送粉条件下金属粉末流的浓度场,建立了同轴送粉嘴金属粉末流的浓度场理论模型,开发了一种新型数字粒子图像检测系统检测... 详细信息

研究激光同轴送粉中金属粉末流场的分布特性,对指导激光制造技术应用具有直接指导意义。重点研究了激光制造中同轴送粉条件下金属粉末流的浓度场,建立了同轴送粉嘴金属粉末流的浓度场理论模型,开发了一种新型数字粒子图像检测系统检测粉末流浓度场。该系统主要包括Nd3+∶YAG激光器和CCD相机。它具有非接触测量、检测速度快、能同时给出流场的三维信息等特点。实验结果表明,粉末流的聚焦参数和浓度场分布可以通过数字粒子图像检测技术进行检测,为指导同轴粉嘴设计和激光制造粉末流参数测定提供了新的手段。

关键词：激光技术激光制造粉末流浓度场数字粒子图像检测

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激光制造在国内外船舶制造中的应用与前景

船舶物资与市场 2020年第6期28卷 40-41页

作者：马金伟施凯翔江南造船(集团)有限责任公司上海202150

激光焊接是激光加工技术的重要组成部分,近几年在船舶制造行业中的运用引起了全球各国造船企业的高度重视.伴随着国内外造船行业对环保低碳、高效节能等提出更高的要求,激光焊接以及激光复合焊等激光制造技术不断发展.基于此,本文就激... 详细信息

激光焊接是激光加工技术的重要组成部分,近几年在船舶制造行业中的运用引起了全球各国造船企业的高度重视.伴随着国内外造船行业对环保低碳、高效节能等提出更高的要求,激光焊接以及激光复合焊等激光制造技术不断发展.基于此,本文就激光制造在国内外船舶制造中的应用与前景进行分析.

关键词：激光制造船舶制造

激光制造中金属熔池光谱检测系统设计及波长校准

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应用激光 2009年第4期29卷 278-281页

作者：雷剑波陈修平朱福栋王云山天津工业大学机械电子学院天津市现代机电装备技术重点实验室天津300160 天津工业大学激光技术研究所天津300160

针对激光制造过程中的高温金属熔池光谱特征分析,提出采用CCD光栅检测光谱技术检测其分布。检测了钨灯、钠灯、氘灯和汞灯的光谱曲线,得到了其在对应特征波长处光强随波长的分布,根据检测结果对系统进行了波长校准。结果表明,系统有比... 详细信息

针对激光制造过程中的高温金属熔池光谱特征分析,提出采用CCD光栅检测光谱技术检测其分布。检测了钨灯、钠灯、氘灯和汞灯的光谱曲线,得到了其在对应特征波长处光强随波长的分布,根据检测结果对系统进行了波长校准。结果表明,系统有比较高的波长准确度,对连续光谱、线光谱均能实现较稳定的检测。结合激光制造的实际情况,避开强激光反射的影响,该系统将能用于激光制造过程中的熔池光谱检测,为进一步分析激光熔池动态信息提供新的技术手段。

关键词：激光技术激光制造光谱检测 CCD