激光快速成型.ppt

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1、组长：苏文强技术指导：陈靖责任编辑：李凌鸿制作：温作群演讲：黄见斌组成员：苏文强陈靖李凌鸿温作群黄见斌激光快速成型一、引言二、现状三、历史发展概况四、激光快速成型技术原理五、与传统工艺比较它有那些主要优点六、几种激光快速成型技术介绍七、应用与发展前景激光快速成型技术是上个世纪80年代发展起来的一门高新技术。它是利用激光技术、CAX技术、自动控制技术、新材料技术、直接造型、快速制造产品模型的一们多学科综合技术。目前，激光快速成型技术主要应用在航空航天、汽车、玩具制造等行业。从国际市场来看，RP市场正逐渐向RM（快速制）市场发展，RP市场本身已进入成熟的商业化阶段。我国已初步形成了RP设备和材料的

2、制造体系。近年来，我国已经建立一批向企业提供RP技术的服务机构，并开始起到了积极的作用,推动了该技术在我国的广泛应用。1什么是激光快速成型技术快速成型技术是将CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。2激光快速成型与传统工艺比较新旧流程图如下图激光成型技术原理为离散、堆积理论。通过离散获得堆积的路径、限制和方式，通过堆积材料叠加起来形成三维实体。激光快速成型技术的基本原理与传统工艺比较它有那些主要优点1快速性2适合成型复杂零件3高度柔性4高度集成化快速性：生产制品的周期较传统加工工艺短。RP对设计的敏感性很低，制造时几乎不用考虑制品的外形问题，由此可节

3、约大量时间。适合成型复杂零件：不论零件多复杂，都由计算机分解为二维数据进行成型制作，无简单复杂之分，因此他特别适合成型形状复杂，传统方法难以制造甚至无法制造的零件。高度柔性：零件在一台设备上即可快速成型出具有一定精度满足一定功能的原理及零件（若要修改零件只要修改CAD模型即可）高度集成化：激光快速成型技术将CAD数据转换成STL格式后，即可开始快速制作（该过程是二维操作在CAD只完成的）。几种激光快速成型技术介绍1立体光造型技术2选择性激光烧结技术3激光熔覆成形技术4激光近型制造技术5薄片叠成制造技术一一立体光造型技术立体光造型技术原理：计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描，被扫

4、描区域的树脂薄层(约十分之几毫米)产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。立体光造型技术的原理示意图1、系统工作稳定。2、尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在0.1mm以内。3、表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平；比较适合做小件及较精细件。可直接制造塑料件，产品为透明体。4、系统分辨率较高，因此能构建复杂结构的工件。5、成形速度较快。1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。2、成型件需后处理，二次固化，防潮处理等工序。3、光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不 好；工作温度不能超过100，成形件易吸湿膨 胀，抗腐蚀能力不强。4、氦-镉激光管的寿命仅3

5、000小时，价格较昂贵，运行费用高同时需对整个截面进行扫描固化，成型时间较长，因此制作成本相对较高。5、可选择的材料种类有限，必须是光敏树脂。6、需要设计工件的支撑结构，支撑结构需在未完 全固化时手工去除，容易破坏成型件。立体光造型制造的蜂窝结构二二选择性激光烧结技术选择性激光烧结技术原理：SLS技术与SLA技术很相似，只是用粉末原料取代了液态光聚合物，并以一定的扫描速度和能量作用于粉末材料。1、与其他工艺相比，能生产很硬的模具。有直接金属型的概念。2、可以采用多种原料，例如绝大多数工程用塑料、蜡、金属、陶瓷等。3、零件的构建时间短，可达到1in/h高度。4、无需对零件进行后矫正。5、无需设计

6、和构造支撑。1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。2、预热和冷却时间长，总的成形周期长。3、成形件强度和表面质量较差，精度低。表面粗糙度的高低受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。4、零件的表面一般是多孔性的，为了使表面光滑必须进行渗蜡等较复杂的后处理。在后处理中难于保证制件尺寸精度，后处理工艺复杂，样件变型大，无法装配。5、需要对加工室不断充氮气以确保烧结过程的安全性，加工的成本高。6、该工艺产生有毒气体，污染环境。选择性激光烧结技术的应用选择性激光烧结技术的应用美国DTM公司研制出SLS2000系列第三代产品，该系统能烧结蜡、聚碳酸酯、尼龙、金属等各种材料。用该系统制造的钢铜合金注塑模具，可注塑

7、5万件工件。近年来基于RPM技术模具制造技术已从最初的原型制造，发展到快速工模具制造,成为国内外应用研究开发的重点。粉末烧结激光快速成形系统（粉末烧结激光快速成形系统（SLSSLS）从美国选购之选择性激光烧结系统:2500 plus三激光熔覆成形技术LCF原理：LCF技术的工作原理与其他快速成形技术基本相同，也是通过对工作台数控，实现激光束对粉末的扫描、熔覆，最终成形出所需形状的零件。1、激光束的能量密度高，作用时间短，使基材热影响区及热变形均可降低到最小程度。2、可对基材表面进行改性。3、熔覆层组织致密，微观缺陷少，结合强度高，性能更优。4、熔覆层的尺寸大小和位置可以精确控制。5、无污染无辐

8、射低噪声劳动条件得到较大程度的改善。精度和强度的影响因数：精度和强度的影响因数：零件切片方式、激光熔覆层厚度、激光器输出功率、光斑大小、光强分布、扫描速度、扫描间隔、扫描方式、送粉装置、送粉量及粉末颗粒的大小等因素均对成形零件的精度和强度有影响。与其他快速成形技术的区别：与其他快速成形技术的区别：激光熔覆成形能制成非常致密的金属零件，其强度达到甚至超过常规铸造或锻造方法生产的零件，因而具有良好的应用前景。激光对瓦楞辊进行熔覆过程激光对瓦楞辊进行熔覆过程风机叶轮轴颈激光熔覆激光熔覆成型四四激光近型制造技术激光近型制造技术LENS原理：LENS技术是将SLS技术和LCF技 术相结合，并保持了这两种

9、技术的优点。系统组成：计算机、高功率激光器、多坐标数控工作台、送粉装置。优点：除了有SLS的优点外,还有成型金属零件非常致密，力学性能优良等优点。选用的金属粉末形式：1单一金属，2金属加低熔点金属粘结剂，3金属加有机粘结剂。五五薄片叠成制造技术薄片叠成制造技术（LOM）优点：节约材料，生产周期短。原理：是利用在一定条件下（如加热等）可以黏结的带状材料（通常使用纸或陶瓷基或金属材料），运用激光切割出按照RP软件离散出的各层形状，随后再使各层黏合为一个几何整体。1用于制造复杂形状的零件2快速制造原型3用于制造多种材料或非均匀材料的零件4用于制造活性金属的零件5用于小批量生产塑料制件6用于制造各种模

10、具或模型1用于制造复杂形状的零件：特别适用于在航天航空工业中制作大型加强筋的整体薄壁结构。在制造内部型腔时，不需要做芯子和模子，故特别适合制造很小的零件，很薄的壁及雕刻表面。2快速制造原型：可以在极短的时间内制造出原件，进行外观功能和合运动上的考核，发现错误和及时纠正，避免由于设计错误而带来的工装和模具的浪费。3用于制造多种材料或非均匀材料的零件：再制造多种材料的种类，因此可以生产出各种不同材料、颜色、机械性能、热性能组合的器件。4用于制造活性金属的零件：由于激光快速成型制造能够提供良好的工作环境，材料浪费少，所以可以用于加工活性金属（钛钨镍）及其他特殊金属。另外，它还可以用于大型金属龄零件的

11、修复5用于小批量生产塑料制件:从投入与产出角度看，一个塑料制件模具需要生产数千个零件才划的来，几十件到几百件可以用于快速成型法来经济的生产;特别是在不同的零件生产时，快速成型法优点更加明显。6用于制造各种模具或模型:选择性激光烧结技术在航空工业中最有发展前途的运用，就是制造精密铸造中的陶瓷模壳和型芯。采用该技术的主要优点是，可以制造壳型的蜡模蜡模浇注系统及蜡模的熔化登一系列复杂的工艺和设备，因此，声场周期短成本低。快速成型技术存在的问题快速成型技术存在的问题1零件精度不够高2材料种类不够高3机械性能不够高1分成方式演变分成方式演变PR数据处理过程是将CAD数据模型STL文件按一定方式分层片模型

12、数据CLI文件，以便于加工成层片从而堆积成实体。目前传统的分层已从二维平面分层向空间的曲面分层。2材料功能材料功能具有特定功能的电磁的特殊功能材料（超导体磁存储介质）采用快速成型技术制造。3组织工程材料组织工程材料生物医学工程已成为新的科学研究热点，其中生命体的人工合成和器官的人工替代是该领域的科学前沿。其它应用其它应用Helisy公司利用LOM工艺切割金属薄板并层压成金属零件；AEROMet公司生产的钛合金结构件已经获准在时间飞机上使用，例如F22飞机内龙骨腹板FA18EF飞机的机翼翼根吊环和用于降落的连接杆C17飞机外挂架的仪表板和整流板以及伊拉克战争中F15飞机上替换铝合金使用钛合金外挂

13、架异肋等。激光烧结快速成型激光快速成型：电话机壳激光快速成型：电话机壳广州瑞通与华南理工大学联合开发的SLM设备外观RP是一种处在发展完善过程的高新技术。目前我国有多家大专院校和科研机构从事RP技术及相关技术的研究，但是其普及程度和应用开发研究远远不能满足国民经济发展和科学技术进步的要求，但经过科技人员的不懈努力，我国在RP及相关技术研究方面必将取得长足进步。21世纪将是以知识经济和信息社会为特征的时代，在制造业日趋国际化的状况下，缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险，成为企业赖以生存的关键。因此，快速成型、制模、制造技术将会得到进一步发展。参考文献参考文献左铁钏等编著.21世纪的先进制造激光技术与工程朱林泉,年晋川,朱苏磊,薛忠晋编著.现代激光工程应用技术郑启光编著.激光先进制造技术曹炜,曾忠,李合生.快速成形技术及其发展趋势J.机械设计与制造颜永年,张人佶,林峰.快速制造技术及其应用发展之路J.航空制造技术,2008年第11期邱元武编著.激光技术和应用上海:同济大学,出版社,1997.8