CN105829013A - 钛制品的增材制造 - Google Patents

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Abstract

一种利用增材制造方法制造包括钛和/或钛合金的制品的方法，包括：提供基体；提供原料；以及利用热源将原料熔合至基体上；其中基体和/或原料包括钛和/或钛合金，并且熔合是在包含惰性气体和氧化性气体的保护气体下进行。

Description

钛制品的增材制造
本发明涉及一种利用增材制造方法制造包括钛和/或钛合金的制品，所述制品例如是高价值或航空航天制品。
增材制造，也被称为3D打印，涉及从数字模型制作三维立体物体。增材制造是通过增材工艺实现的，其中利用热源以不同的形状铺设连续的材料层。这与传统的机加工技术相比，传统的机加工技术主要依靠诸如切削或机加工或铣削等方法来去除材料。增材制造既用于原型设计也用于分布式制造，应用领域包括建筑、工程、建造、工业设计、汽车、航天、军事、工程、土木工程、牙科和医疗产业、生物技术(人体组织替代)、服装、鞋类、珠宝、眼镜以及许多其他领域。
钛具有高的强度重量比，具有跟钢一样的强度但重量仅为钢的一半，在高温下具有优良的耐腐蚀性能和机械性能。因此，钛及其合金传统上被用于航空航天及化学工业。最近，由于钛的成本下降，钛合金在其他工业部门(如近海)被更大量地使用。
用于连接由钛及其合金制成的工件的技术在本领域是已知的，例如包括焊接、钎焊和锡焊技术，使用例如激光、等离子和电弧作为热源。然而需要改善通过这些技术成形的制品的强度。
在如电弧焊等连接技术中，通常使用含惰性气体的保护气体以保护金属在电弧下不被氧化。这种氧化可能对形成的接头的结构和机械性能产生不利影响。US2010/0025381公开了一种电弧结合由钛和/或钛合金制成的物体的方法。保护气体中活性气体如二氧化碳或氧气的存在用于在电弧连接过程中稳定电弧。
需要提供用于制造包含钛及其合金的改进技术，其避免钛和/或钛合金的氧化，从而形成坚固、高品质的制品，特别是与高价值和/或航空航天相关的制品。
本发明旨在解决与现有技术相关的至少一部分问题，或者至少提供一种商业上可接受的替代解决方案。
本发明的第一方面提供一种利用增材制造方法制造包括钛和/或钛合金的制品的方法，包括：
提供基体；
提供原料；以及
使用热源将原料熔合至基体上，
其中基体和/或原料包括钛和/或钛合金，并且熔合是在包含惰性气体和氧化性气体的保护气体下进行的。
除非明确相反地指示，本文限定的每个方面或实施例可与任何其它的方面或实施例结合。特别地，任何指示为优选的或有利的特征可与任何其它的指示为优选的或有利的特征结合。
本文使用的术语“增材制造”可涉及从数字模型制作三维立体物体。增材制造通过使用增材工艺实现，其中连续的材料层以不同的形状铺设。增材制造被认为与传统的机加工技术明显不同，传统机加工技术主要依赖于通过诸如切削、机加工或铣削(减除工艺)等方法去除材料。增材制造有时被称为“3D打印”、“叠层制造”(ALM)或“快速原型”。
本文使用的术语“钛”可包括商业纯钛，例如98至99.5％钛。
本文使用的术语“钛合金”可包括主要元素是钛的合金。例如，该术语可包括α钛合金、近α钛合金、α-β钛合金、β钛合金和通过小量添加氧、氮、碳和铁进行强化的钛合金。例如，本文使用的典型的钛合金包括Ti-1.5O、Ti-0.2O、Ti-0.3O、Ti-0.2O-0.2Pd、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI(超低间隙)及Ti-6Al-4V-0.06Pd。该术语还可包括专有钛合金体系以及基于钛粉末冶金和钛化合物的钛合金，还可包括如钛胶金属等合金体系。
本文使用的术语“保护气体”可包括在熔合或连接技术中为防止基体、原料和/或工件的氧化而使用的气体。
本文使用的术语“激光金属沉积”可包括其中使用激光束在金属基体上形成熔池并利用载气将原料(如粉末)进给至熔池中的方法。然后原料熔化以形成熔融结合至基体的沉积。载气作为保护气体。
本文使用的术语“等离子金属沉积”可包括其中使用等离子射流在金属基体上形成熔池并利用载气将原料(如粉末)进给至熔池中的方法。然后原料熔化以形成熔融结合至基体的沉积。该术语可包括等离子转移弧技术。
本文使用的术语“选择性激光熔化”可包括其中在金属基体上铺设原料(如粉末)的方法。然后在工艺气体下利用激光束将所述原料熔合至基体上。与激光金属沉积相比，原料不是使用载气运载至基体的。选择性激光熔化有时被称为选择性激光烧结。
本文使用的术语“激光连接”可包括使用激光束连接工件的连接技术。激光束用于熔化欲被连接的工件之间的材料，或者是工件自身的一部分或者是填充材料。术语“激光连接”还可包括激光混合焊接技术。激光混合焊接结合了激光束焊接和电弧焊接的原理。例如，激光混合焊接技术包括TIG(钨极惰性气体)、等离子弧及MIG(金属惰性气体)强化激光焊。
本文使用的术语“等离子连接”可包括使用等离子射流连接工件的连接技术。等离子射流用于熔化欲被连接的工件之间的材料，或者是工件自身的一部分或者是填充材料。例如，等离子连接可使用等离子转移弧。术语“等离子连接”还可包括等离子混合焊接技术。例如，等离子混合焊接技术包括TIG(钨极惰性气体)、等离子弧及MIG(金属惰性气体)和激光强化等离子焊。
发明人惊奇地发现，在熔合位置高温会导致从钛及钛合金脱气，例如氧气脱气和/或氮气脱气。这种脱气可能导致成型制品的结构品质和整体性变差。
在本发明中，在保护气体中引入氧化性气体可补偿脱气，即、代替由于脱气而从基体和/或原料中损失的气体。其结果是，减少了熔合的钛和/或钛合金中的内部结构缺陷。因此，改善了生成制品的结构性能，如强度。
在本发明中保护气体还可用于清洁目的，以确保气体中氧化物的微量增加将可用于基体和原料的表面吸收。
保护气体通常环绕整个熔合区域施加。
基体和/或原料包括钛或钛合金。当仅基体包括钛时，原料熔合于其上的基体部分包括钛和/或钛合金。通常基体和原料都包括钛或钛合金。基体和/或原料和/或制品可仅包括一种钛合金。可选地，基体和/或原料可包括多种钛合金。
例如，制品可为高价值或航空航天制品。
通常利用热源进行熔合。可使用电弧、激光束和/或等离子射流进行熔合。优选地，利用激光束和/或等离子射流进行熔合。当不使用电弧熔合时，不需要在保护气体中使用稳定气体。由于这些电弧稳定气体通常是氧化性的，到目前本领域已知的是应当尽可能的避免使用这些气体，以减小基体和/或原料氧化的可能性。然而，本发明的发明人惊讶地发现，在使用激光束和/或等离子射流的增材技术中使用含有氧化物的保护气体不会使得钛和/或钛合金产生不期望的氧化水平。
优选地，利用等离子转移弧进行熔合。转移弧具有高的能量密度和等离子射流速度，因而特别适用于熔合钛和/或钛合金。
优选地，该方法包括激光金属沉积、等离子金属沉积和/或选择性激光熔化。这些技术对于成形包括钛和/或钛合金的制品是特别有效的。
原料可以是粉末、线材和/或带的形式。优选地，原料是粉末的形式。粉末可被更加准确的定位在基体上，因而使得制品可被加工得更加精确并且具有更高级别的细节。
优选地，保护气体包括40至3000vpm的氧化性气体，优选地150至700vpm的氧化性气体。这种氧化性气体水平对于补偿脱气同时避免钛和/或钛合金的氧化特别有效。
优选地，氧化性气体包括氧气、二氧化碳、氮气、一氧化碳、氧化亚氮和氢气中的一种或多种。氧气可能形成钛氧化物，而氮气可能形成钛氮化物，它们都可在金属晶粒中提供显微结构强化。
优选地，保护气体包括氧气。氧气特别适用于补偿氧气脱气。优选地，保护气体包括高达200vpm的氧气，更优选地包括5至175vpm的氧气，更加优选地包括10至150vpm的氧气。这些氧含量对于补偿脱气同时避免钛和/或钛合金的氧化特别有效。
优选地，保护气体包括二氧化碳。二氧化碳气体特别适用于补偿氧气脱气。优选地，保护气体包括高达500vpm的二氧化碳，优选地100至400vpm的二氧化碳，更优选地15至350vpm的二氧化碳。这种二氧化碳含量对于补偿脱气同时避免钛和/或钛合金的氧化特别有效。
优选地，保护气体既包括氧气又包括二氧化碳。
优选地，惰性气体包括稀有气体，更优选地为氩气和/或氦气。这些气体是特别惰性的，从而特别适于防止在激光束和/或等离子喷枪下的液态金属的氧化。
优选地，惰性气体包括10至60％体积的氦气，优选地20至50％体积的氦气，更优选地25至30％体积的氦气。其余的惰性气体通常是氩气。
保护气体可包括不可避免的杂质，典型地低于5vpm的不可避免的杂质，更典型地低于1vpm的不可避免的杂质，甚至更典型地低于0.1vpm的不可避免的杂质，甚至更典型地低于0.01vpm的不可避免的杂质。
在一个实施例中，保护气体包括10至150vpm的氧气和其余的氩气连同任何不可避免的杂质。
在另一实施例中，保护气体包括10至150vpm的氧气和其余的氦气连同任何不可避免的杂质。
在另一实施例中，保护气体包括10至150vpm的氧气和其余的氦气及氩气连同任何不可避免的杂质。
在另一实施例中，保护气体包括10至150vpm的氧气、150至350vpm的二氧化碳和其余的氩气连同任何不可避免的杂质。
在另一实施例中，保护气体包括10至150vpm的氧气、150至350vpm的二氧化碳和其余的氦气连同任何不可避免的杂质。
在另一实施例中，保护气体包括10至150vpm的氧气、150至350vpm的二氧化碳和其余的氦气和氩气连同任何不可避免的杂质。
可使用二氧化碳激光器、固态激光器和/或纤维激光器进行熔合，优选地在0.1到20微米的波长下操作。这些激光器特别适用于熔合钛和/或钛合金。
激光器可是脉冲或是连续波长，并可被聚焦为圆形或非圆形的斑点并具有0.0001mm2至100mm2的面积。
该方法可进一步包括向基体熔合连续的原料层。这种方法可使得能够加工出更大、更复杂的制品。
在另一方面，本发明提供一种激光连接和/或等离子连接钛和/或钛合金的方法，该方法包括：
提供第一工件；
提供第二工件；以及
激光连接和/或等离子连接第一和第二工件，其中所述第一工件和第二工件中一个或两个包括钛或钛合金，其中所述激光连接和/或等离子连接在包含惰性气体和氧化性气体的保护气体下进行。
本发明第一方面的优点和优选的特征同样适用于本发明的此方面。
激光连接技术不使用电弧。在等离子连接技术中，如等离子弧焊接，通过定位焊枪内的电极，等离子电弧与保护气体分离。因此，激光连接和等离子电弧连接都不需要在保护气体中含有电弧稳定气体。由于这些电弧稳定气体通常是氧化性的，到目前本领域已知的是应当尽可能的避免使用这些气体以减小基体和/或原料氧化的可能性。然而，本发明的发明人惊讶地发现，在激光连接或等离子连接技术中使用含有氧化物的保护气体不会使得钛和/或钛合金产生不期望的氧化水平。
有利地，由于熔体表面张力的降低允许更好的液体流动性，因此氧化性气体的存在还可用于改善焊缝渗透性。
优选地，本方法包括激光连接。激光连接优选地包括激光焊接、激光混合焊接(如激光MIG焊)、激光钎焊和/或激光金属沉积。这些技术特别适用于连接钛或钛合金。当在钛和/或钛合金上执行时，这些技术通常导致高水平的氧气脱气。激光焊接可包括小孔焊接。激光焊接、激光混合焊接、激光钎焊、激光锡焊和激光小孔焊接在本领域是公知的。
在优选的实施例中，激光连接包括激光金属沉积。在这种技术过程中沉积的钛和/或钛合金粉特别地是反应性的并表现出特别高的气体吸收，例如与钛和/或钛合金线材相比。因此，补偿脱气的需求及避免接头中的钛和/或钛合金氧化的需求特别地高。
优选地，等离子连接包括等离子钎焊、等离子混合焊接(如等离子MIG焊)和/或等离子弧焊。这些技术通常特别适用于连接钛和/或钛合金。等离子弧焊优选地包括等离子转移弧焊。转移弧具有高的能量密度和等离子射流速度，从而特别适用于焊接钛和/或钛合金。等离子焊接可包括小孔焊接。等离子钎焊、等离子混合焊、等离子弧焊、等离子转移弧焊和等离子小孔焊在本领域是公知的。
在另一方面，本发明提供一种在本文所述方法中使用的保护气体，包括：
惰性气体；以及
包括10至150vpm氧气的氧化性气体。
本发明第一方面的优点和优选的特征也适用于本发明的此方面。
在另一方面，本发明提供一种在利用增材制造方法制造包括钛和/或钛合金的制品的方法中的保护气体的应用，其中保护气体包括惰性气体和氧化性气体。
本发明第一方面的优点和优选的特征也适用于本发明的此方面。
在另一方面，本发明提供一种在激光连接和/或等离子连接钛和/或钛合金方法中的保护气体的应用，其中保护气体包括惰性气体和氧化性气体。
本发明第一方面的优点和优选的特征也适用于本发明的此方面。
前述的详细说明是解释和说明性的，并不旨在限制附加的权利要求的范围。本文所示的当前优选的实施例的许多变换对本领域的普通技术人员来说是显而易见的，并且落在附加的权利要求及其等同的范围内。

Claims (19)

1.一种利用增材制造方法制造包含钛和/或钛合金的制品的方法，包括：
提供基体；
提供原料；以及
利用热源将所述原料熔合至所述基体上，
其中所述基体和/或原料包含钛和/或钛合金，并且所述熔合是在包含惰性气体和氧化性气体的保护气体下进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用电弧、激光束和/或等离子射流进行所述熔合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中使用等离子转移弧进行所述熔合。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述方法包括激光金属沉积、等离子金属沉积和/或选择性激光熔化。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述原料是粉末、线材和/或带的形式。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述保护气体包含40至3000vpm的氧化性气体，优选150至700vpm氧化性气体。
7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述氧化性气体包括氧气、二氧化碳、氮气、一氧化碳、氧化亚氮和氢气中的一种或多种。
8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述保护气体包含高达200vpm的氧气，优选5至175vpm的氧气，更优选10至150vpm的氧气。
9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述保护气体包含高达500vpm的二氧化碳，优选100至400vpm的二氧化碳，更优选15至350vpm的二氧化碳。
10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述惰性气体包括氩气和/或氦气。
11.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述惰性气体包括10至60％体积的氦气，优选20至50％体积的氦气，更优选25至30％体积的氦气。
12.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中使用二氧化碳激光器、固态激光器和/或纤维激光器进行所述熔合，优选地在0.1到20微米的波长下操作。
13.根据前述任一项权利要求所述的方法，进一步包括将连续的原料层熔合至所述基体上。
14.一种激光连接和/或等离子连接钛和/或钛合金的方法，所述方法包括：
提供第一工件；
提供第二工件；以及
激光连接和/或等离子连接所述第一工件和所述第二工件，其中所述第一工件和所述第二工件中的一个或两个包含钛或钛合金，其中所述激光连接和/或等离子连接在包含惰性气体和氧化性气体的保护气体下进行。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述激光连接包括激光焊接、激光钎焊和/或激光直接沉积。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述等离子连接包括等离子钎焊和/或等离子弧焊，优选地包括等离子转移弧焊。
17.一种在前述任一项权利要求所述的方法中使用的保护气体，包括：
惰性气体；以及
包括10至150vpm氧气的氧化性气体。
18.保护气体在利用增材制造方法制造包含钛和/或钛合金的制品的方法中的应用，其中所述保护气体包括惰性气体和氧化性气体。
19.保护气体在激光连接和/或等离子连接钛和/或钛合金方法中的应用，其中所述保护气体包括惰性气体和氧化性气体。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109530892A (zh) * 2018-12-28 2019-03-29 渤海造船厂集团有限公司 熔化极气保焊镍基焊丝用ArHeN2H2保护气体
CN109954958A (zh) * 2019-04-30 2019-07-02 兰州理工大学 一种基于tig电弧的钛合金增材制造装置及方法
CN111822862A (zh) * 2019-04-12 2020-10-27 霍伯特兄弟有限责任公司 使用氢保护气体的激光增材制造和焊接
CN113195127A (zh) * 2018-12-14 2021-07-30 速尔特技术有限公司 使用用于二维打印的高通量激光从粉末创建对象的增材制造***
CN113770490A (zh) * 2021-09-05 2021-12-10 南京理工大学 一种通过获得α/β界面相提高增材制造TC4钛合金构件塑性的方法
CN114918564A (zh) * 2022-04-18 2022-08-19 哈尔滨焊接研究院有限公司 一种tc4钛合金壳体堆焊修复方法

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3006138A1 (de) * 2014-10-09 2016-04-13 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines metallischen Werkstücks durch laserunterstützte additive Fertigung
CA2970313C (en) 2014-12-12 2021-10-19 Digital Alloys Incorporated Additive manufacturing of metallic structures
EP3075470A1 (de) 2015-03-31 2016-10-05 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum schichtweisen herstellen eines metallischen werkstücks durch laserunterstützte additive fertigung
US10722943B2 (en) 2016-01-12 2020-07-28 Hamilton Sundstrand Corporation Additive manufacturing method
CN109195738A (zh) * 2016-05-16 2019-01-11 奥科宁克有限公司 用于增材制造钛合金的多材料线材
CN107433379A (zh) * 2016-05-27 2017-12-05 南京理工大学 用于丝材等离子弧增材制造的红外温度检测装置及方法
CN105904070B (zh) * 2016-06-22 2018-07-10 沈阳博帅材料科技有限公司 一种等离子弧填丝增材制造钛合金结构的方法
CN106425288A (zh) * 2016-07-28 2017-02-22 北京工业大学 一种基于温度循环的增减等材一体化融合制造方法
DE102017106763A1 (de) * 2017-03-29 2018-10-04 Rudolph-Graad e.K. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für ein Brillengestell
CN107737932B (zh) * 2017-10-26 2019-08-06 西北工业大学 一种钛或钛合金选区强化的一体化激光增材制造方法
EP3760349A4 (en) * 2018-04-20 2021-12-01 Taiyo Nippon Sanso Corporation METHOD OF MANUFACTURING A MODELED METAL OBJECT
EP3760348A4 (en) * 2018-04-20 2021-12-01 Taiyo Nippon Sanso Corporation PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF A METALLIC MODEL OBJECT
CN110480124B (zh) * 2018-05-15 2021-08-24 天津大学 一种钛/铝异种材料的增材制造方法
US11167375B2 (en) 2018-08-10 2021-11-09 The Research Foundation For The State University Of New York Additive manufacturing processes and additively manufactured products
EP3628419A1 (en) 2018-09-25 2020-04-01 Linde Aktiengesellschaft Method and device for feeding gas to an additive manufacturing space
EP3628420A1 (en) * 2018-09-25 2020-04-01 Linde Aktiengesellschaft Method, gas and device for additive manufacturing
US11853033B1 (en) 2019-07-26 2023-12-26 Relativity Space, Inc. Systems and methods for using wire printing process data to predict material properties and part quality
CN112496499A (zh) * 2019-09-16 2021-03-16 天津大学 一种添加Si粉末改善钛合金电弧增材制造显微组织的方法
CN113275754A (zh) 2020-02-18 2021-08-20 空客(北京)工程技术中心有限公司 增材制造***和增材制造方法
WO2021228455A1 (de) 2020-05-13 2021-11-18 Messer Group Gmbh Verfahren zur additiven fertigung unter schutzgas unter verwendung eines laserstrahls
CN113275596B (zh) * 2021-07-25 2021-10-29 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种复合制造钛合金零件
DE102022127242A1 (de) 2022-10-18 2024-04-18 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung zum Ausformen temperaturbeständiger Bauteile durch selektives Laserschmelzen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020128714A1 (en) * 1999-06-04 2002-09-12 Mark Manasas Orthopedic implant and method of making metal articles
WO2006133034A1 (en) * 2005-06-06 2006-12-14 Mts Systems Corporation Direct metal deposition using laser radiation and electric arc
US20070272053A1 (en) * 2004-10-07 2007-11-29 Brice Craig A Co-continuous metal-metal matrix composite material using timed deposition processing
CN102032350A (zh) * 2010-11-22 2011-04-27 西安永华集团有限公司 制作钛合金波纹管机械密封装置的方法
CN102655975A (zh) * 2009-08-14 2012-09-05 挪威钛组件公司 用于制造钛物体的方法和装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6331694B1 (en) * 1999-12-08 2001-12-18 Lincoln Global, Inc. Fuel cell operated welder
DE10162938A1 (de) * 2001-12-20 2003-07-03 Linde Ag Verfahren zur Herstellung einer Schutzgasmischung
EP1844171B1 (en) * 2005-01-31 2014-03-26 Materials And Electrochemical Research Corporation Process for the manufacture of titanium alloy structures
EP2042257A2 (en) * 2007-09-26 2009-04-01 BOC Limited Method for controlling weld quality
US7741578B2 (en) * 2007-10-19 2010-06-22 Honeywell International Inc. Gas shielding structure for use in solid free form fabrication systems
GB0723327D0 (en) * 2007-11-29 2008-01-09 Rolls Royce Plc A shield
DE102008006557A1 (de) * 2008-01-29 2009-07-30 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Lichtbogenfügen
JP5136521B2 (ja) * 2009-06-29 2013-02-06 株式会社日立プラントテクノロジー レーザ狭開先溶接装置および溶接方法
US9283593B2 (en) * 2011-01-13 2016-03-15 Siemens Energy, Inc. Selective laser melting / sintering using powdered flux
WO2015073081A1 (en) * 2013-08-20 2015-05-21 The Trustees Of Princeton University Density enhancement methods and compositions

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020128714A1 (en) * 1999-06-04 2002-09-12 Mark Manasas Orthopedic implant and method of making metal articles
US20070272053A1 (en) * 2004-10-07 2007-11-29 Brice Craig A Co-continuous metal-metal matrix composite material using timed deposition processing
WO2006133034A1 (en) * 2005-06-06 2006-12-14 Mts Systems Corporation Direct metal deposition using laser radiation and electric arc
CN102655975A (zh) * 2009-08-14 2012-09-05 挪威钛组件公司 用于制造钛物体的方法和装置
CN102032350A (zh) * 2010-11-22 2011-04-27 西安永华集团有限公司 制作钛合金波纹管机械密封装置的方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113195127A (zh) * 2018-12-14 2021-07-30 速尔特技术有限公司 使用用于二维打印的高通量激光从粉末创建对象的增材制造***
CN109530892A (zh) * 2018-12-28 2019-03-29 渤海造船厂集团有限公司 熔化极气保焊镍基焊丝用ArHeN2H2保护气体
CN111822862A (zh) * 2019-04-12 2020-10-27 霍伯特兄弟有限责任公司 使用氢保护气体的激光增材制造和焊接
CN109954958A (zh) * 2019-04-30 2019-07-02 兰州理工大学 一种基于tig电弧的钛合金增材制造装置及方法
CN113770490A (zh) * 2021-09-05 2021-12-10 南京理工大学 一种通过获得α/β界面相提高增材制造TC4钛合金构件塑性的方法
CN113770490B (zh) * 2021-09-05 2022-12-13 南京理工大学 一种通过获得α/β界面相提高增材制造TC4钛合金构件塑性的方法
CN114918564A (zh) * 2022-04-18 2022-08-19 哈尔滨焊接研究院有限公司 一种tc4钛合金壳体堆焊修复方法

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