沈航杨光教授团队丨基于激光-粉末-熔池相互作用的选区激光熔化内部缺陷形成机理综述

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质量控制: 基于激光-粉末-熔池相互作用的选区激光熔化内部缺陷形成机理研究综述

引用格式：

Guang Yang, Yilian Xie, Shuo Zhao, Lanyun Qin, Xiangming Wang, Bin Wu. Quality control: Internal defects formation mechanism of selective laser melting based on laser-powder-melt pool interaction: A review. Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers,2022, 1(3).

下载链接：

https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2022.100037

研究现状

选区激光熔化成形零件内部的熔合不良、气孔等缺陷弱化其力学性能，是制约其应用的重要因素。国内外学者对SLM成形过程的宏观和微观物理现象、缺陷形成机制及工艺调控方法开展了深入研究，揭示出SLM成形过程的球化、飞溅和匙孔等微观现象是内部缺陷诱因。

图1 (a)选择性激光熔炼过程的物理原理，(b)光线追踪模型的光反射

研究难点或瓶颈

目前针对SLM成形微观现象的研究集中于工艺参数对球化、飞溅和匙孔等微观现象的影响，针对内部缺陷的研究大多集中研究工艺参数的调控或内部缺陷的形貌特征，结合工艺参数——微观现象——内部缺陷内要关系的研究的较为分散、不够系统。

图2 飞溅粒子与内部缺陷形成示意图

展望（发展趋势）

在SLM成形加工的过程中，工艺参数的变化直接影响了金属粉末、已成形层的熔化和凝固过程，其中各类微观现象的产生是影响成形件致密性的根本原因。基于激光-粉末-熔池的微观角度系统性的考虑各工艺参数对微观现象的影响规律以及微观现象导致内部缺陷形成的机制，能够将工艺调控的宏观问题转化为微观问题，为之后系统性的研究SLM成形工艺问题提供基础理论方法。同时，随着以原位X射线为代表的在线观测技术的发展，深入理解微观现象为在线智能监控研究提供了相关理论基础，将有利于SLM成形质量控制进入全程在线智能监控的时代。

团队带头人介绍

杨光，工学博士，教授，博导。沈阳航空航天大学机电工程学院副院长；辽宁省高性能金属增材制造工程研究中心主任；沈阳增材制造工程技术研究中心主任。多年来投身航空航天类高性能金属增材技术研究，已获授权发明专利16项、发表论文80余篇。研究成果已在某3代重型战机、4代隐身战机、航空发动机等重点型号承力结构件制造、运维方面规模化应用，解决批产和科研瓶颈难题，取得了显著的经济和社会效益。

团队研究方向

（1）增材制造工艺与装备；

（2）增材制造/修复、性能考核、评价和应用；

（3）增材制造缺陷形成机制及防控。

近年团队发表文章

[1] Yang G, Deng F, Zhou S, et al. Microstructure and mechanical properties of a novel Cu-reinforced maraging steel for wire arc additive manufacturing[J]. Materials Science and Engineering: A, 2021, 825: 141894.

[2] Qin L Y, Men J H, Zhang L S, Zhao S, Li C F, Yang G, Wang W. Microstructure homogenizations of Ti-6Al-4V alloy manufactured by hybrid selective laser melting and laser deposition manufacturing[J]. Materials Science and Engineering: A , 2019,759: 404-414.

[3] Qin Lanyun, Xu Lili , Yang Guang, Shang Chun, Wang Wei. Analysis and Prediction of Process Parameters During Laser Deposition Manufacturing Based on Melt Pool Monitoring[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2019,48(2):419-425.

[4] Zhou Siyu, Wu Ke, Yang Guang, Wu Bin, Qin Lanyun, Wu Hao, Yang Chaoyue. Microstructure and mechanical properties of wire arc additively manufactured 205A high strength aluminum alloy: The comparison of as-deposited and T6 heat-treated samples[J]. Materials Characterization, 2022, 189: 111990.

[5] Deng Fangbin, Yang Guang, Wu Bin, Qin Lanyun, Zheng Jianshen, Zhou Siyu. Microstructure and mechanical properties of hybrid-manufactured maraging steel component using 4% nitrogen shielding gas fabricated by wrought-wire arc additive manufacturing[J]. Coatings, 2022, 12(3): 356.

[6] Zhou Siyu, Zhang Jianfei, Wang Jiayin, Yang Guang, Wu Ke, Qin Lanyun. Effect of Oxygen Levels in Tent Shielding Atmosphere on Microstructural and Mechanical Properties of Ti-6Al-4V Fabricated by Wire Arc Additive Manufacturing[J]. Journal of Materials Engineering and Performance, 2022: 1-10.

来源：机械工程学报

来源：增材制造硕博联盟