激光快速成型技术在精密金属零件快速制造中的应用

《激光快速成型技术在精密金属零件快速制造中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、激光快速成型技术在精密金属零件快速制造中的应用ApplicationofLaserRapidPrototypingTechnologyinRapidManufacturingofPreciseMetalPart华南理工大学机械与汽车工程学院杨永强王迪杨斌罗子艺卢建斌杨永强工学博士．教授．现任华南理工大学机械与汽车工程学院焊接科学与技术研究所所长．机械电子工程研究所副所长．广东省机械工程学会焊接分会理事长等。主要研究方向为激光加工和快速成型技术与装备。发表论文116篇，获得授权的发明专利3项。成功研制出国

2、内第一台选区激光熔化快速成型机，可以实现金属零件的直接快速成型制造等。激光快速成型(LaserRapidPrototyping，LRP)技术是近20年来制造技术的一项重大突破。该技术是一种涉及多门学科的新型综合制造技术，其对制造业的影响力可48航宅制造技术·2010年第16期激光快速成型(LaserRapidPrototyping，LRP)技术是近20年来制造技术的一项重大突破。该技术是一种涉及多门学科的新型综合制造技术。其对制造业的影响力可与20世纪五、六十年代的数控机床相比。与20世纪五六十年代的数

3、控机床相比。金属零件快速制造技术代表了RP技术的最新发展方向Ⅲ。国外对RM的理论与工艺研究也相对成熟，而且在近几年已有多家公司推出商品化的设备。而国内主要是对基础工艺的研究，主要研究单位包括西北工业大学【2】、北京航空航天大学[31、华南理工大学Ⅲ、华中科技大学151、南京航空航天大学嗍、清华大学p1等。RM技术最大的优势是其不需要模具或工具加工，直接获得需求的功能零件。虽然快速制造(RapidManufacturing，RM){支术在材料选择、设计自由性、以及研发成本控制等方面具有很大的竞争优势，但由

4、于RM技术在国内市场上刚刚出现并且关键技术不成熟，还没有被市场普遍接受。目前，真正能够制造精密金属零件的快速成型技术只有选区激光熔化和选区激光烧结。选区激光烧结(SelectiveLaserSintering，SLS)成型方法成型金属零件时，多采用树脂或低熔点材料包覆的金属粉末作为原材料18l，通过激光扫描使树脂熔化将金属粉末固结在一起，在成型后经过脱脂、浸渗低熔点金属(如青铜等)来提高致密度。SLS技术成型金属零件工序复杂且零件强度与精度多数情况下仍达不到要求。而选区激光熔化(SelectiveLag

5、erMelting，SLM)技术是一种极具创新的快速成型技术，能一步加工出具有冶金结合，相对密度接近100％，具有复杂结构、高的尺寸精度的金属零件【9】。金属零件快速制造技术金属零件快速制造系统可分为3类：High-EnergyS。。。Mac⋯GTe。n删㈣高能束流加工技术(1)使用激光照射预先铺展好的金属粉末，即金属零件成型完毕后将完全被粉末覆盖。目前这种方法在市场上、各科研院所采用最多，包括选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结成型(DirectMetalLaserSintering，DMLS)

6、1101、选区激光熔化111J、LaserCusing1121等。(2)使用激光照射喷嘴输送的粉末流，激光与输送粉末同时工作，也称为激光净成型(LaserEngineeredNetShaping，LENS)U3)。该方法目前在国内使厢比较多，如西北工业大学”41研究的激光立体成型、北京航空航天大学【l习采用此方法成型大型钛合金件。(3)采用电子束熔化(ElectronBeamMelting，EBM)预先铺展好的金属粉末。此方法与第1类原理相似，只是采用热源不同，分别为高功率激光和电子束。在瑞典已出现商品

7、化EBM设备¨6J，国内清华大学㈣进行了前期的设备开发与丁艺研究。因目前市场上RM设备型号繁多，本课题主要对第一类成型系统进行总结，即主要包括SLM／DMLS和SLS技术。电子束熔化成型技术在原理与成型过程中与上述2种技术类似，也进行了部分说明。1SLM／DMLS技术S1。M／DMLS成型过程原理与SLS基本相同。DMLS技术使用材料多为不同金属组成的混合物，各成分在烧结过程中相互补偿，有利于保证制作精度。为了保证金属粉末材料的快速熔化，SLM技术需要高功率密度激光器，光斑聚焦到几十斗m到几百斗m。SL

8、M技术目前最常使用光束模式优良的光纤激光器的激光功率在50W以上，功率密度达5X106W／cm2以上。国外研究工作者总结发现，影响SLM成型效果的影响因素达到130多个，而其中13个因素具有决定作用”引。根据自身经验将影响SLM成型质量的因素分为六大类，包括：材料(成分形貌、粒度分布、流动性、物性等)，激光与光路系统(激光模式、波长、功率、光斑直径)，扫描特征(扫描速度、扫描方法、层厚、扫描线问距等)，外界环境(氧含量、湿度)，几何特性(支