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金属增材制造质量控制及复合制造技术研究现状

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材料导报 2024年第9期38卷 178-185页

作者：刘倩卢秉恒华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 西安交通大学机械工程学院西安710049 国家增材制造创新中心西安710117

相比传统制造工艺,增材制造能够实现复杂结构金属部件的近净成形。然而,增材制造具有冷却速度快、热梯度大、非平衡凝固与往复热循环历史等特点,容易存在孔洞、残余拉应力、各向异性等缺陷,极大限制增材制造的进一步应用。复合增材制造... 详细信息

相比传统制造工艺,增材制造能够实现复杂结构金属部件的近净成形。然而,增材制造具有冷却速度快、热梯度大、非平衡凝固与往复热循环历史等特点,容易存在孔洞、残余拉应力、各向异性等缺陷,极大限制增材制造的进一步应用。复合增材制造技术是将传统制造方法与增材制造有机结合,充分发挥传统制造工艺在性能调控与尺寸精度等方面的优势,抑制单纯增材制造引起的各类缺陷,获得高质量、无缺陷的增材制造部件。本文首先揭示增材制造工艺缺陷的形成机理,明确工艺参数优化方法在缺陷改善方面的局限性,进而阐明复合增材制造的内涵,综述近年来增材制造与轧制、激光冲击强化、热等静压、热处理等复合制造技术的研究现状与工艺原理,探讨复合增材制造技术对不同缺陷的适用性,并对增材制造未来发展方向进行了展望。

关键词：复合增材制造塑性变形激光冲击各向异性残余应力

基于视觉大模型的激光粉末床熔融铺粉缺陷检测

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中国激光 2024年第10期51卷 267-276页

作者：谭鲲鹏唐甲锋赵志斌王晨希张兴武何卫锋陈雪峰西安交通大学机械工程学院航空发动机研究所陕西西安710049 空军工程大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室陕西西安710038

激光粉末床熔融增材制造面临质量稳定一致性的挑战,铺粉质量是影响成形件质量的重要因素。近年来,计算机视觉在铺粉缺陷监测中的应用表现突出,但其性能却受到标注数据数量不足的限制。针对这一问题,笔者设计了基于视觉大模型分割一切模... 详细信息

激光粉末床熔融增材制造面临质量稳定一致性的挑战,铺粉质量是影响成形件质量的重要因素。近年来,计算机视觉在铺粉缺陷监测中的应用表现突出,但其性能却受到标注数据数量不足的限制。针对这一问题,笔者设计了基于视觉大模型分割一切模型(SAM)的铺粉缺陷分割模型(PSAM)。针对SAM预训练参数的知识迁移问题,引入Adapter模块实现参数微调;针对铺粉分割任务中类别信息的需求,改进了SAM中的掩码解码器;针对工业场景中人工提示难的问题,提出了自动提示生成器,实现了视觉提示的自动生成。在训练样本数量仅为50的情况下,PSAM表现出了良好的分割性能,平均交并比(mIoU)可达到65.02%,相较于Deeplab v3和U-Net分别提升了8.52个百分点和5.31个百分点。本研究展示了视觉大模型在增材过程监控中的应用价值和应用潜力。

关键词：激光技术激光粉末床熔融过程监测视觉大模型缺陷检测

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结构健康监测系统在木结构古建筑中的应用

传感技术学报 2024年第8期37卷 1295-1306页

作者：蒋维乐姚坤林启敬赵玉龙西安交通大学人文社会科学学院陕西西安710049 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

文物木结构古建筑是一个国家文化的重要组成部分,代表着民族文化的自信与传承。然而由于长时间受到环境和人为侵蚀,木结构古建筑易遭到损坏。为更好地保存好木结构古建筑以及其代表的文化内涵,对其结构安全监测提出了迫切的需求,近年来... 详细信息

文物木结构古建筑是一个国家文化的重要组成部分,代表着民族文化的自信与传承。然而由于长时间受到环境和人为侵蚀,木结构古建筑易遭到损坏。为更好地保存好木结构古建筑以及其代表的文化内涵,对其结构安全监测提出了迫切的需求,近年来对木结构古建筑的安全监测方法也得到了快速的发展。分别介绍了虚拟重建、红外热成像、地面激光雷达、超声波监测、光纤传感等技术的原理及在木结构古建筑监测中的应用,并总结了其各自的优势与劣势。针对木结构古建筑采光不足问题,总结了光导系统,尤其是光纤光导照明系统对自然光的引入,该类照明系统具有清洁、安全的特点,避免了烛火、电类照明系统为木结构古建筑带来的火灾风险。

关键词：结构健康监测木结构古建筑监测无损监测光导照明光纤传感技术

基于多频相移的相位偏折测量透明物体表面三维形貌

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红外与激光工程 2024年第4期53卷 201-214页

作者：宿朝阳王张颖倪育博高楠孟召宗杨泽青张国锋尹伟赵洪伟张宗华河北工业大学机械工程学院天津300401 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401 河北工业大学电气工程学院天津300401 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065

光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行... 详细信息

光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行有效的三维测量。为解决该问题,文中提出一种基于多频相移的相位偏折法测量透明物体的表面三维形貌。首先,显示屏显示多种不同频率与多步相移结合的正弦条纹,从另外一个角度相机采集物体表面反射的混合条纹。然后,利用最小二乘法迭代将混合条纹进行分离,得到上下表面折叠相位并展开。接着,通过梯度标定确定相位与梯度的关系,根据梯度积分恢复透明物体表面的三维形貌。最后,实验证明所提方法能够有效实现混合条纹的分离,实测透明玻璃板上表面的平均误差从32.4μm减少到5.1μm,结果验证了混合条纹分离方法的有效性,提升了透明物体表面三维形貌测量精度。与已有方法相比,文中方法可以有效避免初始相位值偏差较大带来的影响,缩短计算时间,适用于不同形状透明物体表面三维形貌的测量。

关键词：相位偏折测量术透明物体多频相移三维形貌

飞秒激光脉冲作用熔石英的超快传热动力学研究

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应用光学 2024年第3期45卷 529-536页

作者：余方锐杜广庆 Waqas AHMAD 陆宇杨青陈烽西安交通大学电子科学与工程学院、西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西省信息光子技术重点实验室陕西西安710049 西安交通大学仪器科学与技术学院陕西西安710049

飞秒激光具有超短脉冲宽度、超高峰值功率的特点,飞秒激光与物质作用表现出的非线性吸收和低热扩散特性,使其在高精密微纳器件加工中有着重要的应用前景。建立了针对飞秒激光脉冲与熔石英作用的瞬态光电离以及非平衡传热的超快动力学模... 详细信息

飞秒激光具有超短脉冲宽度、超高峰值功率的特点,飞秒激光与物质作用表现出的非线性吸收和低热扩散特性,使其在高精密微纳器件加工中有着重要的应用前景。建立了针对飞秒激光脉冲与熔石英作用的瞬态光电离以及非平衡传热的超快动力学模型。通过数值求解该模型获得了飞秒激光单脉冲作用熔石英的载流子密度和非平衡电子与声子温度的时空演化;得到了在非平衡态条件下,电声耦合时间随激光能量密度、脉冲宽度的近线性调控规律。进一步研究得到了瞬态电子热导、热容、电声耦合系数的变化规律,并对上述模拟现象进行了分析和探讨。

关键词：飞秒激光脉冲瞬态光电离超快传热双温模型

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3D打印三周期极小曲面多孔钽仿生骨支架结构设计及其力学性能研究

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西安交通大学学报 2024年

作者：时艺乌日开西·艾依提张宇涛新疆大学智能制造现代产业学院(机械工程学院) 新疆工程学院

为了实现植入物与人体骨在生物力学和细胞相容性方面的匹配，综合评价了Ta点阵结构的力学性能和渗透性能，以寻求可应用于钽多孔骨支架的最佳点阵结构。本文基于三周期极小曲面的不同建模方法，设计了6种类型的单元体结构，通过选区激... 详细信息

为了实现植入物与人体骨在生物力学和细胞相容性方面的匹配，综合评价了Ta点阵结构的力学性能和渗透性能，以寻求可应用于钽多孔骨支架的最佳点阵结构。本文基于三周期极小曲面的不同建模方法，设计了6种类型的单元体结构，通过选区激光熔化工艺（SLM）制备了相关钽点阵结构试样。通过准静态压缩试验获得点阵结构的力学性能，并记录破坏过程；基于有限元软件Abaqus建立相对应的压缩模型，获取压缩过程中应力应变的变化；利用COMSOL软件对点阵结构的渗透性能进行模拟分析。结果表明：片状结构的弹性模量、屈服强度和能量吸收均高于杆状结构，渗透率则低于杆状结构。G型和F-KS型杆状结构在50%应变下出现了脆性断裂的裂口。6种Ta点阵结构的弹性模量范围为3.8～6.1 GPa，屈服强度范围为47～107 MPa，介于皮质骨和松质骨的范围内；6种结构的渗透率为6.5×10-10～3.97×10-9m2，均在骨小梁的渗透率范围内。这表明所设计的Ta点阵结构适用于骨支架，综合性能最好的是G型片状结构。

关键词： 3D打印选区激光熔化三周期极小曲面多孔钽骨支架渗透性

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忆阻神经网络自适应滑模控制及其应用

红外与激光工程 2024年第6期53卷 194-201页

作者：林俤吴易明杨森张垠赵铭姝仝人智能科技(西安)有限公司西安交大-仝人智能系统科学与智能器件物理联合研究所陕西西安710115 中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 西安交通大学物理学院陕西西安710115

光电吊舱系统中存在各种扰动和未建模动态,常规控制算法难以适应复杂情况。采用神经网络实现模型未知部分的自适应估计,结合滑模变结构控制,可以有效提升控制精度,但在控制初始阶段,神经网络估计没有收敛到实际模型时,滑模控制存在抖振... 详细信息

光电吊舱系统中存在各种扰动和未建模动态,常规控制算法难以适应复杂情况。采用神经网络实现模型未知部分的自适应估计,结合滑模变结构控制,可以有效提升控制精度,但在控制初始阶段,神经网络估计没有收敛到实际模型时,滑模控制存在抖振现象。因此,提出了基于忆阻器神经网络自适应滑模控制算法,采用神经网络可以逼近未建模态,提升控制精度,而忆阻器神经网络来保存权值参数,可以减小神经网络收敛时间。在控制的初始段,改进自适应增益来减小由于神经网络估计误差带来的抖振现象,仿真与实验结果表明,采用忆阻神经网络及改进的自适应增益算法,初始抖振显现得到了很好的控制,算法收敛时间减小为常规滑模控制算法的1/2,稳态控制精度较常规滑模变结构控制算法提升了59.18%。

关键词：滑模变结构控制忆阻器神经网络光电吊舱

液体静压运动副的四轴联动精密加工机床结构设计

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制造技术与机床 2024年第2期 9-17页

作者：赵惠英郝磊周春临薛飞赵凌宇赵家宁西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 航空工业济南特种结构研究所高性能电磁窗航空科技重点实验室山东济南250023 中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司浙江宁波315700 北京微纳精密机械有限公司北京100102

大口径平面、球面、非球面光学元件广泛应用于光刻机、高能激光器、高分相机等高端装备的光学系统中,尺寸大于400 mm×400 mm、表面轮廓精度均方根值(root mean square,RMS)优于1μm等技术指标是大口径光学元件在磨削加工阶段的目标精... 详细信息

大口径平面、球面、非球面光学元件广泛应用于光刻机、高能激光器、高分相机等高端装备的光学系统中,尺寸大于400 mm×400 mm、表面轮廓精度均方根值(root mean square,RMS)优于1μm等技术指标是大口径光学元件在磨削加工阶段的目标精度要求。磨削工艺主要面临如何实现高平滑的表面轮廓加工以及控制亚表面损伤层深度等问题。根据已有的实验研究,磨削机床采用高精度的液体静压运动副,可以有效地提高光学元件抛光后表面轮廓的平滑程度以及降低亚表面损伤层的厚度。具备上述特性的高性能磨削机床国外对中国禁运,而国内尚无成熟的商品。因此,文章研制了一种采用液体静压运动副的四轴联动精密加工机床,分析了机床的主要构型,进行了机床主要运动部件的精度分配,完成了基于液体静压运动副的X/Y/Z/C四轴的设计方案,最后进行了光学元件磨削加工工艺实验,实现了380 mm×541 mm口径微晶玻璃磨削面形精度±0.471μm(RMS值)、表面粗糙度Ra0.3μm的加工目标。

关键词：大口径光学元件液体静压运动副超精密加工机床精密磨削工艺

难熔高熵合金激光增材制造的发展：材料性能与制造工艺调控技术（特邀）

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中国激光 2024年第1期 153-168页

作者：李涤尘张航蔡江龙西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安交通大学机械工程学院

难熔高熵合金具有超越传统合金的优异性能，强度和硬度更高，高温性能和耐蚀性更优异，在航空航天、核工程、武器装备等领域具有广阔的应用前景。难熔高熵合金发展面临着两个难点：常规真空电弧熔炼方法制备的难熔高熵合金存在成分偏析... 详细信息

难熔高熵合金具有超越传统合金的优异性能，强度和硬度更高，高温性能和耐蚀性更优异，在航空航天、核工程、武器装备等领域具有广阔的应用前景。难熔高熵合金发展面临着两个难点：常规真空电弧熔炼方法制备的难熔高熵合金存在成分偏析严重、研发周期冗长、材料尺寸受限等难题；难熔高熵合金的硬度很高，难以实现复杂结构的成形和加工。因此，现有的冶金、成形、加工等技术面临挑战。通过激光增材制造实现材料与结构一体化成形是突破现有问题的发展方向，国内外学者在此方面进行了大量探索。本文对难熔高熵合金激光增材制造的发展现状进行了综述与分析，介绍了难熔高熵合金复杂构件从材料到制造的研究进展，阐述了高熵合金的研发途径、增材成形工艺和缺陷调控、难熔高熵合金在不同温度下的力学性能，以及增材制造工艺面临的挑战和取得的进展，最后总结了难熔高熵合金增材制造未来的应用方向和发展趋势。

关键词：激光技术激光增材制造难熔高熵合金合金开发一体化制造