激光快速成形技术的新进展
激光技术的发展及应用激光快速成形技术的新进展
颜永年,张人佶,林峰
(清华大学教育部先进成形制造重点实验室,北京100084)
摘 要:本文介绍了激光快速成形技术的最新进展,主要包括:金属零件直接成形技术、微纳激光三维成形技术、激光直写三维堆积技术、复合材料光固化成形技术等。作者认为,应当特别关注这些高新技术的应用,以应用来带动其研究,加速发展这些重要的先进成形制造技术。
关键词:快速成形;激光;三维
中图分类号:TN249 文献标识码:A
快速成形(RP-Rapid Prototyping)技术以离散-堆积为原理,利用材料的受控成形制造零件。自1980年代末产生以来,国内外已开发了的多种快速制造成形工艺,其中许多是基于激光技术的。近年来,RP技术向快速制造(RM-Rapid M anufactur-ing)发展,因此利用激光等高能量密度的加工手段的金属零件直接成形制造已成为快速成形技术的研究热点,其共同的特点是通过将金属材料熔化或半熔化后沉积下来实现材料堆积成形。此外,激光快速成形在特种加工与制造方面亦发挥了重要作用,涉及方面十分广泛,本文介绍其中应用前景最大的技术,来说明激光快速成形技术在先进制造中的重要地位。这些技术包括:微纳激光三维成形技术、激光直写三维堆积技术、复合材料光固化成形技术。
1 金属零件直接激光成形制造
基于激光的金属零件直接成形制造技术非常多,例如激光选区烧结(SLS-Selective Laser Sinte-r ing)、激光选区熔化(SLM-Selective Laser M elt-ing)、激光近净成形(LENS-Laser Eng ineer ing Net Shaping)、激光增材制造(LAM-Laser Additiv e Manufacturing)等。
1 1 激光选区烧结(SLS-Selective Laser Sintering)
目前,直接获得金属件最成功的RP技术是激光选区烧结(SLS)。最有代表性的是美国3D Sy s-tems公司采用的将金属粉末和有机黏结剂相混合后的粉末烧结技术[1]和EOS公司采用的将多种熔点不同的金属粉末组成的混合粉末烧结技术[2]。国内北京隆源公司、北方恒利公司以及华中科技大学等开展了类似的研究。3D System s公司将烧结件经浸渗及热等静压、液相烧结、高温烧结等后处理工艺,得到性能符合要求的金属零件。他们2003年推出的金属粉末Laser For m A6不仅具有较高的强度、成型和表面精度,而且还具有较高的成形效率及优良的加工性能[图1a]。EOS公司采用金属混合粉末进行成形,低熔点的组元首先成形,且润湿高熔点粉末,由液相烧结机制将这些高熔点的金属粉末黏结在一起。EOS公司主要的金属粉末材料D-i rectSteel20-V1的最小层厚已经降低到小于20 m,致密度达98%,因此可以制造出精度很高的金属零件[图1b]
。
图1 激光选区烧结快速制造功能零件
1 2 激光选区熔化(SLM-Selective Laser M elting)
德国Fraunhofer研究所、德国MCP公司、德国TRUMPF公司、比利时Leuven大学以及英国利物浦大学开展了SLM工艺的研究[3-4]。其工作原理与激光选区烧结技术类似,不同的是采用低功率激光器对金属粉末进行熔化成形,以达到比较致密的金属零件。该技术中由于熔化部分不存在固相成分,表面张力很容易导致熔化金属 聚球 ,这对材料成分、工艺参数及扫描策略都提出了特殊的要求,必须通过对材料参数、工艺参数和扫描方式的严格控制,才可以使 聚球 现象得到消除。国内华南理工大学、南京航空航天大学、四川大学等单位也在从事该项技术研究。
日本大阪大学国立先进工业科学与技术研究所采用SLM工艺制造出Ti人工骨[5]。图2a是SLM 设备示意图。他们使用的Ti粉末的成分为(m ass%):O,0.097;H,0.005;N,0.009;C,0.01; Fe,0.036;T i,余量。采用CO2激光器,平均功率50 W,峰值功率220W,脉冲宽度1 5m s,重复频率
7
《新技术新工艺》 激光技术的发展及应用 2006年 第9期
25 5H z,扫描速度2 16mm/s,扫描线宽0 75mm 。图2b 为利用这个方法制造的人工骨,也具有良好的多孔结构,
十分有利于细胞等的长入。
图2 制造T i 人工骨的S LM 设备及制造的Ti 人工骨
1 3 激光近净成形(LENS -Laser Engineering Net
Shaping ) LENS 技术是无需后处理的金属直接成形方法,可适应多种金属材料的成形,成形得到的零件组织致密,具有明显的快速熔凝特征,力学性能很高,并可实现非均质和梯度材料零件的制造。它由美国Sandia 国家实验室的David Keicher 发明,并由Op -to mec Design 公司于1997年开始商业化运行。该工艺将Nd:YAG 激光束聚焦于由金属粉末注射形成的熔池表面,而整个装置处于惰性气体保护之下。通过激光束的扫描运动,使金属粉末材料逐层堆积,最终形成复杂形状的零件或模具,已经制造出铝合金、钛合金、钨合金等半精化的毛坯,其精度已超过传统闭式模锻的水平,而质量也达到甚至超过整体图3 LEN S 技术制造的含内
冷却流道的金属件
锻压所达到的金属内部质量,据说可以取代锻件,在航天、航空、造船、国防等领域具有极大的应用前景[6]。但是,该工艺成形过程中热应力大,成形件容易开裂,成形件的精度较低,零件形状较简单,且不易制造带悬
臂的零件,粉末材料利用率偏低,对于价格昂贵的钛合金粉末和高温合金粉末,制造成本是一个必须考虑的因素。图3为利用LENS 制造的内含冷却流道的金属件。1 4 激光增材制造(LAM -Laser Additive M anuf -acturing)
美国的AreoMet 的MTS Systems Corp 开发的LAM 系统,亦是是一种近净成形设备,对于单件和小批量金属件来说,由于无需铸造和锻造而大大节省了工装、工具费用,大大提高了效率而能达到要求的强度和抗疲劳性能。他们计划开发实时混入特殊粉末工艺来制造梯度合金。该设备制造的金属件如图4所示,这些金属零件的尺寸最大可达3m 3m 1 2m [7]
。
图4 采用L A M 技术制造的钛合金零件
2 微纳激光三维成形技术
随着脉冲激光,特别是超短脉冲激光(如飞秒激光)的出现,激发光与物质相互作用所表现出来的非线性现象也越来越明显,如双光子吸收(T PA)。单光子吸收(SPA )的吸收截面通常为10-10cm 2/pho -ton 量级,而现有材料的双光子吸收截面约为10-
50
图5 m 级的 牛 [8]cm 2/photon 量级,因此可以实现高精度的三维成形。双光子加工过程中只要精确地控制激光束焦点的扫描动作就可快速地加工出预先设计的微纳
零件。这同时也保证了双光子微细加工具
有很强的柔性:不需要对加工系统的结构做任何调整就可以通过改变CAD 的设计模型实现新器件的加工。日本和中国科学家使用激光技术,用合成树脂制成了长10 m,高7 m 的牛[8]
(图5)。另外,快速制造对异质材料的控制能力也可以制造复合材料或功能梯度材料的微机械零件。
3 激光直写三维堆积技术
激光引导直写方法由密歇根理工大学的Renn 等人首先提出[9]。这是基于光压原理的新技术。与光镊技术不同,直写技术改用低NA (数值孔径)数值的透镜来聚焦,一方面光强梯度把粒子捕获在光束轴心,另一方面光压把粒子在光轴上向前推进,从而实现材料的堆积不同介质环境中的多种材料的粒子均可被用于这种方法,如液体中悬浮直写的有SiO 2、聚苯乙烯、Ge 、Si 、Au 、A l/AlO 2,气体中的有NaCl 、KI 、SiO 2、CdS 、A u 等材料,所使用的基底材料包括玻璃、塑料和半导体等等。也可以将细胞作为操作的对象,由此实现细胞的三维组装。Odde 与Renn 合作,利用激光引导方法对细胞进行了直写实
8 《新技术新工艺》 激光技术的发展及应用 2006年 第9期
验[10]
,实验使用的激光为800nm/450m W,模式TEM 00,透镜N A =0 1/f =25mm 或N A =0 05/f =50m m 。沉积基底是玻璃,光导纤维的尺寸是100 m i.d./150 m o.d.或30 m i.d./150 m o.d.;长度7mm 。细胞使用小鸡胚胎脊髓神经细胞,d=9 m 。图6为使用空心光纤激光直写细胞的实验结果。其传输距离达到7mm,光的推进力为5pN;在100 m i.d.的光纤管中速度为53 m /s,30 m i.d.的管中速度为18 m /s,可见速度、作用力
与传输距离都大大增加。
图6 使用空心光纤激光直写细胞
4 复合材料光固化成形技术
光固化工艺是最早的RP 工艺,光固化设备是最早实现设备产品化的快速成形机,已经有许多研究者在光敏树脂中掺入陶瓷粉末或金属粉末,从而出现了复合材料的光固化成形技术。由于陶瓷粉末和光敏树脂混合而成的陶瓷悬浮液黏度很大,因而需对光固化工艺进行改进。此外陶瓷悬浮液的固相含量是一个重要问题,固相含量过高则成形性能太低无法成形,固相含量过低则成形的陶瓷坯体烧结后容易松散也导致无法成形,需要对不同陶瓷材料及不同固相含量的悬浮液进行了光固化曝光实验,测定了其曝光曲线,在光固化成形性能和固相含量间找到一个平衡点。法国的O.Dufaud 和S.Corbel 对压电陶瓷的光固化成形工艺进行了研究[11-12],他们选用PZT 压电陶瓷粉末,光敏树脂选择了丙烯酸基的Diacryl 101和环氧树脂Somos 6100,此外还加入了一定含量的分散剂。他们对陶瓷悬浮液的流变性能和光固化曝光性能进行了测试,成功地制造出具有精细结构的三维成形件,PZT 陶瓷含量达80wt%(图7)。
5 结语
根据快速成形技术的特点可知,该技术非常适合制造形状结构复杂、材料组成复杂的机械零件。目前,快速成形技术发展到快速制造的新阶段,不仅能直接制造金属零件,成形精度可以达到要求,
而且
图7 采用光固化法制作的PZT 陶瓷试样
在尺寸非常大的成形件、微纳尺寸的成形件制造上
也能发挥很大的作用,目前,激光快速成形可在很多领域发挥着传统加工难以替代的作用,并得到了越来越广泛的应用,应当受到更大的重视。
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博士生导师。主要从事快速成形制造技术和生物制造工程的研究工作。
收稿日期:2006年8月6日
责任编辑 刘滨
9 《新技术新工艺》 激光技术的发展及应用 2006年 第9期
N ew Technology&N ew Process ISSN1003-5311 Septem ber2006 No.9 Serial No.225
Contents&Abstracts
New Development of Laser Rapid Prototyping Tech-nique
YA N Yo ng nian,ZH A NG Renji,L IN Feng(K ey Labor ator y for Advanced M anufacturing by M ater ials P rocessing T ech-nolog y,M inistr y of Education,T sing hua U niver sity,Be-i jing,100084,China)
A bstra ct:T he paper introduces the newest development of laser rapid pro to typing technolog y,including direct prototyping of metal spares,micronano laser tridimensional prototy ping,laser vertical tridimensional stacking technology,complex material light solidification prototyping etc.T he applications of these high and new technolog y shall be paid more attentions to pro-mote researches and speed up the development.
Key words:rapid pr oto typing,laser,tr idimensio nal
Numerical Simulation Research on Laser Tailor-we-l ded Blanks with Different Thickness in Square C up Stamping
GU O Weig ang,CH EN Wei,ZH AN G Jiahua,H OU Bo(In-stitute o f mo uld&die,Jiang su U niversity,Zhenjiang,Jian-g su,212013,China)
A bstra ct:Tailor-welded blanks technique is using in automotiv e industry w idely.T he ex istance of weld beads is a key factor on reducing forming pro per ty of tailor-welded blanks.It is very im-po rtant fo r control of weld bead moving.By ex tension stress a-nalysis of squar e cup stamping,moving regularity of weld beads is obtained.Weld bead model is established ex actly based on nonlinear implicit computation,selection of anisotropic yield cr-i terion and usage of stepped blank holders.Numerical simulation is made for square cup drawing.T he results show that stress a-nalysis and simulation are co rrect throug h analysis of stress,uint thickness analysis,comparing simulation and experimental coin-cidence degree of analog result.
Key words:tailor-w elded blanks square cup,w eld bead,f-i nite element
Planning Design and Application of Laser Tailor-welded Production Line
FAN G Lingshen,ZH AO M ingyang,XU Zhig ang(1 Shenyang Institute of Automation,Chinese A cademy of Sciences,Liaon-ing,Shenyang,110016,China;2 Graduate U niversity of Chinese Academy of Sciences,Beijing,100039,China)
A bstra ct:T he paper analyses laser tailo r-welded products and its characters,discusses the main problems of production line design including process flow,production planning,pro duction line lay-out and quality control and related solutions as well as applica-tions of practical pro duction line design.
Key words:laser tailor-welded,product ion line,layout, quality co nt rol
The Effect of Laser Hardened Basal Body on Spread Path of Main C racks in C hromium Layer
ZH A N G Guox iang,ZH AN G K un,L U O G eng x ing,L I Hua-ix ue(1 Institut e o f M echanics,Chinese Academy of Sc-i ences,Beijing,100080,China;2 Shandong U niversity o f T echno lo gy,Zibo,Shandong,255000,China;3 Gr aduate U niv ersity of Chinese A cademy of Sciences,Beijing, 100080,China)
Abstract:T he paper bring s out the com plex techno lo gy w hich is after laser discrete har dened pretr eatment on basal body,chr omate treatment can impr ov e t he serv ice life o f chro mium plated gun barr el.Dissection o f g un bar rel in r ang e test sho ws t hat laser hardened basal bo dy can co ntr ol the spr ead o f ma in cr acks in chro mium lay er and dev iatio n to boundar y layer.T he co nt rol mechanics is that there is a g ra-dient laser treatment lay er between or iginal basal bo dy and chro mium lay er w hich is discending on or ig inal path direc-tio n.Cracks dr iving fo rce is enhanced and cracks can spead on o rig inal path.
Key words:spead path,cracks dr iving for ce,chr omium lay-er,laser har dened,gun bar rel
The O ptimal De sign of Automatic S pr ay Mem brane Ma-chine for Battery Based on Fu zzy C ompre he nsive Evalua-tion
ZH A N G L ing1,H U Xiaoy an2,W A NG Q ing3(1.H ebei U n-i ver sity o f Eng ineering,H andan056038,China; 2.H ebei P rov ince Labor ing V est ibule Schoo l,H eng shui053000,Ch-i na;3.Beijing Ray leig h Analytical Instr ument Cor p.,Beijing 100016,China)
Abstract:In this paper the2-stage fuzzy comprehensiv e ev a-l uat ion method is used to find the optimal desig n pr oject o f A lkaline-M nO2battery machine desig ns.T he r esult s show that this method is efficient to do this w o rk and the optimal design project is found.
Key words:fuzzy co mpr ehensive evaluat ion,alkaline-M nO2
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《新技术新工艺》 英文摘要 2006年 第9期
SLA激光快速成型原理
SLA工艺也称光造型或立体光刻，是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用下，能在液态表面上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均有计算机控制，光点打到的地方，液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。SLA方法是目前快速成型技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。SLA工艺成型的零件精度较高，加工精度一般可达到0.1mm，原材料利用率近100%。 成型技术特点 快速成型技术具有一下几个重要特征：1）可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散/堆积成型的原理，它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出RP技术的优越性。此外，RP技术特别适合复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。2）快速性。通过对一个CAD模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几个小时到几十个小时就可制造出零件，具有快速制造的突出特点。3）高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程，快速制造工模型、原型或零件。4）快速成型技术实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目标，即材料的提取（气、液、固相）过程与制造过程一体化和设计（CAD）与制造(CAM)一体化。5）与反求工程（Reverse Engineering）、CAD技术、网络技术、虚拟现实等相结合，成为产品快速开发的有力工具。 流程示意 快速成型的工艺过程具体如下： 1）产品的三维模型的构建。由于RP系统是由三维CAD模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维CAD模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E，I-DEAS, Solid Works，UG等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、CT断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。 2）SLA激光快速成型 SLA工艺也称光造型或立体光刻，是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用下，能在液态表面上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均有计算机控制，光点打到的地方，液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。 3）成型零件的后处理。 从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在高温炉中进行后烧结，进一部提高其强度。 材料性能
激光的应用与发展趋势分析
激光的应用与发展趋势 摘要：激光作为新能源代表，在许多领域都有更广泛应用。本文从激光在当今社会的地位谈起，接着介绍激光在几大领域的应用现状，最后又分析了激光器以及全球激光产业发展趋势。 关键词：激光；激光产业；发展趋势 1.激光在当今社会的地位 激光器的发明是20世纪中能与原子能、半导体、计算机相提并论的重大科技成就。自诞生到现在得到了迅速发展，激光光源的出现是人工制造光源历史上的又一次革命。我国激光技术在起步阶段就发展迅速，无论是数量还是质量都和当时国际水平接近。一项创新性技术能够如此迅速地赶上世界先进行列，这在我国近代科技发展史上并不多见。能够将物理设想、技术方案顺利地转化成实际激光器件，主要得力于长春光机所多年来在技术光学、精密机械方面的综合能力和坚实基础。一项新技术的开发，没有足够技术支撑很难形成气候]1[。 2.激光的应用现状 2.1激光在自然科学研究上应用 2.1.1非线性光学反应 在熟悉的反射、折射、吸收等光现象中，反射光、折射光的强度与入射光的强度成正比，这类现象称为线性光学现象。如果强度除了与入射光强度成正比外，还与入射光强调成二次方、三次方乃至更高的方次，这就属非线性光学效应。这些效应只有在入射光足够大时才表现出来。 高功率激光器问世后，人们在激光与物质相互作用过程中观察到非线性光学现象，如频率变换，拉曼频移，自聚焦，布布里渊散射]2[等。 2.1.2用激光固定原子 气态原子、分子处于永不停息运动中（速度接近340 m/s），且不断与其它原子，
分子碰撞，要“捕获”操作它们十分不易。1997年华裔科学家、美国斯坦福大学朱棣文等人，首次采用激光束将原子数冷却到极低温度，使其速度比通常做热运动时降低，达到“捕获”操作的目的。 具体做法是，用六路俩俩成对的正交激光束，用三个相互垂直的方向射向同一点，光束始终将原子推向这点，于是约106个原子形成的小区，温度在240 ]3[以下。这样使原子的速度减至10 m/s两级。后来又制成抗重力的光-磁陷阱，使原子在约1s 内从控制区坠落后被捕获。 此项技术在光谱学、原子钟、研究量子效应方面有着广阔的应用前景。 2.2激光测距、激光雷达 利用激光的高亮度和极好的方向性，做成激光测距仪，激光雷达和激光准直仪。激光测距的原理与声波测距原理类似。 激光雷达与激光测距的工作原理相似，只是激光雷达对准的是运动目标或相对运动目标。利用激光雷达又发展了远距离导弹跟踪和激光制导技术，这些在1991年海湾战争中都已投入使用。激光制导导弹，头部有四个排成十字形的激光接收器（四象限探测仪）。四个接收器收到的激光一样多，就按原来方向飞行；有一个接收器接受的激光少了，它就自动调整方向。另一类激光制导是用激光束照射打击目标，经目标反射的激光被导弹上的接收器收到，引导导弹击中目标。 激光准直仪]4[起到导向作用，例如在矿井坑道的开挖过程中为挖掘机导向。激光准直仪还被用在安装发动机主轴系统等对方向性要求很高的工作中。 2.3激光在工业应用 激光加工代表精密加工装备未来的发展方向，体现着一个国家的生产加工能力、装备水平和竞争能力。目前，激光加工技术在各种仅金属与非金属材料加工中的应用非常广泛。 工业激光器目前主要包括CO2激光器]5[、固体激光器、半导体激光器等。这几种激光器各具优点，如CO2激光器的成本最低，固体激光器的光束质量好，半导体激光器的出光效率高。 光纤激光器是未来新一代激光技术的发展方向，它具有常规固体激光器所不具备的许多优点。然而激光器服务的机床企业非常谨慎，终端用户对激光器本身的印象远不及对系统那么深刻。
(整理)快速成型技术的应用与发展前景
快速成型技术的应用与发展前景 一．什么是快速成型技术 快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。 二．快速成型技术的产生背景 (1)随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发(快速设计和快速工模具)的能力(周期和成本)成为制造业全球竞争的实力基础。 (2)制造业为满足日益变化的用户需求，要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品的开发速度和制造技术的柔性就十分关键。 (3)从技术发展角度看，计算机科学、CAD技术、材料科学、激光技术的发展和普及为新的制造技术的产生奠定了技术物质基础。 三．快速成形技术的特点 快速成型技术具有以下几个重要特征： l ）可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散／堆积成型的原理．它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出 RP 技术的优越性此外， RP 技术特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。 2 ）快速性。通过对一个 CAD 模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几个小时到几十个小时就可制造出零件，具有快速制造的突出特点。 3 ）高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程，快速制造工模具、原型或零件。 ４）技术高度集成性。RP技术是计算机、数控、激光、材料和机械等技术的综合集成。CAD技术通过计算机进行精确的离散运算和繁杂的数据转换，实现零件的曲面或实体造型，数控技术为高速精确的二维扫描提供必要的基础，这又是以精确高效堆积材料为前提的，激光器件和功率控制技术使材料的固化、烧结、切割成为现实。快速扫描的高分辨率喷头为材料精密堆积提供了技术保证术产生背景。 ５）快速响应性。快速原型零件制造从CAD设计到原型 (或零件 )的加工完毕，只需几个小时至几十个小时，复杂、较大的零部件也可能达到几百小时，但从总体上看，速度比传统成形方法要快得多。尤其适合于新产品的开发，RP技术已成为支持并行工程和快速反求设计及快速模具制造系统的重要技术之一
快速成型技术与试题---答案
试卷 2. 3.快速成型技术的主要优点包括成本低，制造速度快，环保节能，适用于新产品开发和单间零件生产等 4.光固化树脂成型（SLA）的成型效率主要与扫描速度，扫描间隙，激光功率等因素有关 5. 也被称为：3D打印，增材制造； 6.选择性激光烧结成型工艺（SLS）可成型的材料包括塑料，陶瓷，金属等； 7.选择性激光烧结成型工艺（SLS）工艺参数主要包括分层厚度，扫描速度，体积成型率，聚焦光斑直径等； 8.快速成型过程总体上分为三个步骤，包括：数据前处理，分层叠加成型（自由成型），后处理； 9.快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高，加工周期短，成本低，高度技术集成等； 10.快速成型技术的未来发展趋势包括：开发性能好的快速成型材料，改善快速成形系统的可靠性，提高其生产率和制作大件能力，优化设备结构，开发新的成形能源，快速成形方法和工艺的改进和创新，提高网络化服务的研究力度，实现远程控制等； 11.光固化快速成型工艺中，其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构，支撑结构的主要作用是防止翘曲变形，作为支撑保证形状； 二、术语解释 1.STL数据模型 是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。STL 文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。stl 文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式。它的文件格式非常简单，应用很广泛。STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型。STL是用三角网格来表现3D CAD模型。STL只能用来表示封闭的面或者体，stl文件有两种：一种是ASCII明码格式，另一种是二进制格式。 2.快速成型精度包括哪几部分 原型的精度一般包括形状精度，尺寸精度和表面精度，即光固化成型件在形状、尺寸和表面相互位置三个方面与设计要求的符合程度。形状误差主要有：翘曲、扭曲变形、椭圆度误差及局部缺陷等；尺寸误差是指成型件与CAD模型相比，在x、y、z三个方向上尺寸相差值；表面精度主要包括由叠层累加产生的台阶误差及表面粗糙度等。 3.阶梯误差 由于快速成型技术的成型原理是逐层叠加成型，因此不可避免地会产生台阶效应，使得零件的表面只是原CAD模型表面的一个阶梯近似（除水平和垂直表
快速成型专业技术的现状和发展趋势
快速成型技术的现状和发展趋势 1 快速成型技术的基本成型原理 近十几年来，随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用,使得快速成型技术 (Rａpid Prｏtｏtyping简称RP)得到了异乎寻常的高速发展,表现出很强的生命力和广阔的应用前景。 传统的加工技术是采用去材料的加工方式，在毛坯上把多余的材料去除，得到我们想要的产品。而快速成型技术基本原理是：借助计算机或三维扫描系统构建目标零件的三维数字化模型,之后将该信息传输到计算机控制的机电控制系统,计算机将模型按一定厚度进行“切片”处理，即将零件的3D数据信息离散成一系列2Ｄ轮廓信息，通过逐点逐面的增材制造方法将材料逐层堆积,获得实体零件，最后进行必要的少量加工和热处理,使零件性能、尺寸等满足设计要求。。它集机械工程、CＡD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。 目前,快速成形的工艺方法已有几十种之多，大致可分为7大类，包括立体印刷、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型、三维焊接、三维打印、数码累积成型等。其基本的原理如下图所示。 图1 快速成型原理示意图 2 快速成型技术在产品开发中的应用 不断提高RP技术的应用水平是推动RP技术发展的重要方面。目前,西安交通大学机械学院,快速成型国家工程研究中心,教育部快速成型工程研究中心快
速成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。ＲP技术的实际应用主要集中在以下几个方面: 2.１用于新产品的设计与试制。 (1)CAＩD应用: 工业设计师在短时间内得到精确的原型与业者作造形研讨。 (2）机构设计应用: 进行干涉验证，及提早发现设计错误以减少后面模具修改工作。 (3)ＣＡE功效:快速模具技术以功能性材料制作功能性模具,以进行产品功能性测试与研讨。 (4)视觉效果：设计人員能在短时间之内便能看到设计的雛型，可作为进一步研发的基石。 （５)设计确认:可在短时间内即可完成原型的制作，使设计人员有充分的时间对于设计的产品做详细的检证。 （6）复制于最佳化设计：可一次制作多个元件，可使每个元件针对不同的设计要求同时进行测试的工作，以在最短时间内完成设计的最佳化。 (7)直接生产: 直接生产小型工具，或作为翻模工具 2．2 快速制模及快速铸造 快速模具制造传统的模具生产时间长，成本高。将快速成型技术与传统的模具制造技术相结合,可以大大缩短模具制造的开发周期,提高生产率,是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。快速成形技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用RP技术直接堆积制造出模具,间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具 ２.3 机械制造 由于RＰ技术自身的特点，使得其在机械制造领域内,获得广泛的应用,多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件，由于只需单件生产,或少于50件的小批量，一般均可用ＲP技术直接进行成型，成本低,周期短。２.4 医疗中的快速成形技术 在医学领域的应用近几年来,人们对RP技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础,利用RP技术制作人体器官模型,对外科手术有极大的应用价值。 ２.5 三维复制 快速成形制造技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。 ２.6 航空航天技术领域 航空航天产品具有形状复杂、批量小、零件规格差异大、可靠性要求高等特点，产品的定型是一个复杂而精密的过程,往往需要多次的设计、测试和改进,
快速成型技术及在我国的发展
科学实践 摘要：快速成型技术兴起于20世纪80年代，是现代工业发展不可或缺的一个重要环节。本文介绍了快速成型技术的产生、技术原理、工艺特点、设备特点等方面，同时简述快速成型技术在国内的发展历程。 关键词：快速成型烧结固化叠加发展服务 0引言 在现代市场经济全球一体化背景下的今天，企业要在竞争日益激烈的市场经济中掌握先机，占据有利地位，需要有技术和产品上的创新，把握并引导市场的发展方向。与此同时，对于市场的需求，企业需要做出快速的响应，切合当前需求，而现有的常规技术手段已经不能对市场的需求做出最快的反应。与此同时快速制造技术的快速发展，体现了现代先进制造技术对全球制造业的支撑，通过应用快速成型技术企业能迅速响应市场需求，最快速度的抢占新兴市场。企业需要通过采用快速成型技术来降低开发、生产成本、缩短研发周期、提高市场快速响应能力，保持强大的市场竞争力。 1快速成形技术的产生 快速原型（Rapid Prototyping，RP）技术，又称快速成形技术，是当今世界上飞速发展的制造技术之一。快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的阿伦赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美国UVP公司的查尔斯胡尔1982年和日本的丸谷洋二1983年，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。查尔斯胡尔在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stere-olithography Apparatus(SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。同年，查尔斯胡尔和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时，其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年米歇尔法伊杰提出了薄材叠层（Laminated Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年，美国Texas大学的研究生戴考德提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinter-station。斯科特科瑞普在1988年提出了熔融成形(Fused Deposi-tion Modeling，简称FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。 自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期，出现了几十种不同的RP技术，但是SLA、SLS和FDM几种技术，目前仍然是RP技术的主流，最近几年LJP（立体喷墨打印）技术发展迅速，以色列、美国、日本等国的RP设备公司都力推此类技术设备。 2快速成型技术特点 RP技术与传统制造方法（即机械加工）有着本质的区别，它采用逐渐增加材料的方法（如凝固、焊接、胶结、烧结、聚合等）来形成所需的部件外型，由于RP技术在制造产品的过程中不会产生废弃物造成环境的污染，（传统机械加工的冷却液等是污染环境的），因此在当代讲究生态环境的今天，这也是一项绿色制造技术。 RP技术集成了CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术，解决了传统加工制造中的许多难题。 RP技术的基本工作原理是离散与堆积，在使用该技术时，首先设计者借助三维CAD或者通过逆向工程所采集的几何数据，建立数 字化模型，这是完成快速成型制造的一项基本条件，借助现有的主流三维设计软件建立三维模型，再经过三维CAD导出相应的文件格式输入快速成型机当中，通过逐点、逐面进行三维的立体堆积，部件完成后，再经过必要的后续处理，使完成的部件在性能、形状尺寸、外观上等方面达到设计要求。 RP技术的特点 从原理上说，应用RP技术来进行产品制造，可以忽略产品部件的外形复杂程度(这也是与传统机械加工方式制造产品的最大区别之一)，原材料的利用率接近100%，制造精度最高可达0.01mm。 RP技术的主要特点有： 2.1制造快速 RP技术是并行工程中进行复杂原型或者零件制造的有效手段，能使产品设计和模具生产同步进行，从而提高企业研发效率，缩短产品设计周期，极大的降低了新品开发的成本及风险，对于外形尺寸较小，异形的产品尤其适用。 2.2CAD/CAM技术的集成 设计制造一体化一直来说是现在的一个难点，计算机辅助工艺（CAPP）在现阶段由于还无法与CAD、CAM完全的无缝对接，这也是制约制造业信息化一直以来的难点之一，而快速成型技术集成CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术，使得设计制造一体化的概念完美实现。 2.3完全再现三维数据 经过快速成型制造完成的零部件，完全真实的再现三维造型，无论外表面的异形曲面还是内腔的异形孔，都可以真实准确的完成造型，基本上不再需要再借助外部设备进行修复。 2.4成型材料种类繁多 到目前为止，各类RP设备上所使用的材料种类有很多，树脂、尼龙、塑料、石蜡、纸以及金属或陶瓷的粉末，基本上满足了绝大多数产品对材料的机械性能需求。 2.5创造显著的经济效益 与传统机械加工方式比较，开发成本上节约10倍以上，同样，快速成型技术缩短了企业的产品开发周期，使的在新品开发过程中出现反复修改设计方案的问题大大减少，也基本上消除了修改模具的问题，创造的经济效益是显而易见的。 2.6应用行业领域广 RP技术经过这些年的发展，技术上已基本上形成了一套体系，同样，可应用的行业也逐渐扩大，从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐的使用RP技术，使得RP技术有着广阔的前景。 3现阶段主流的RP工艺方法介绍 3.1SLA（立体光造型技术） 立体光造型技术是典型的逐层制造法，采用光敏树脂（聚丙烯酸脂）为原料，紫外激光在工控机的控制下根据零件的分层截面信息，在光敏树脂等相应材料的液面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂经过光聚合反应而固化，形成零件的一个分层截面，一层固化好后工作平台下降一个分层厚的距离，以便在先前固化好的零件分层截面是重新涂抹一层新的液态树脂，然后工控机控制激光再扫描下一分层截面，层与层之间也因此而紧密连接在一起没有缝隙。如此反复直至 快速成型技术及在我国的发展罗庚（贵阳生产力促进中心快速成型服务中心） 第一手的测试数据。树立典型，用第一手的数据和直接的经济效率吸取使用单位，使使用单位对锅炉节能降耗改造工程的作用和意义有更直接的认识，吸引其主动开展改造工程，为以后大规模的节能工作打下坚实的基础。 3.5质监系统应强化对工业锅炉节能降耗工作的监管和技术指导与服务。切实加强锅炉给水水质监管，做好水处理设备投入和水处理人员的培训，保障锅炉给水水质指示达到GB1576《工业锅炉水质》标准要求，防止锅炉结垢。 参考文献： [1]颜曙光.浅析工业锅炉节能减排.中小企业管理与科技.2009.(6). [2]陈听宽.节能原理与技术[M].北京.机械工业出版社.1998. [3]刘茂俊.燃煤工业锅炉节煤实用技术[M].北京.中国电力出版社.2000. （上接第165页） 166
快速成型技术的发展和应用
快速成型技术的发展和应用 摘要：科技飞速发展的今天，人类对制造业也提出了更高的要求，行业竞争也日趋激烈。 快速成型技术也应运而生，并且展现了它强大的生命力和广阔的应用前景。目前，快速成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。 The rapid development of science and technology today, the human is put forward higher requirements on manufacturing, industry competition is increasingly fierce. Rapid prototyping technology also arises at the historic moment, and shows its strong vitality and broad application prospects. At present, the modelling of rapid prototyping technology has been in the industry, machinery manufacturing, aerospace, military, architecture, film and television, home appliances, light industry, medicine, archaeology, cultural art, sculpture, jewelry, and other fields has been widely used. And with the development of the technology itself, and will continue to expand its application field. 关键词：快速成型，堆积法，高集成性、高柔性、高速性，自动、直接、快速、精确。 前言： 21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代，随着科学技术的发展和社会需求的多样化，全球统一市场和经济全球化的逐步形成，产品的竞争更加激烈。在工业化的国家中，60%—80%的财富是由制造业提供的。制造业是衡量一个国家实力水平的重要标志之一，也是创造社会财富和国民经济赖以生存发展的重要支柱产业。 现代制造已不仅仅是机械制造，而且具有大制造，全过程，多科学的新特点。大制造应包括机电产品的制造，工业流程制造，材料科学制造等等，所以它是一个广义的制造概念。 我国在先进制造技术方面和国外有比较大的差距，特别是我国制造业的自动化，信息化水平不高。大力发展和应用先进制造技术，勇气改造传统产业和形成高技术，提升我国制造业得产业结构，产品结构和组织结构，增强其技术创新能力，产品开发，和市场竞争能力。是制造业，特别是机械制造业走出困局的关键性措施。这样才能保证我们世界工厂地位的确立，实现由制造业大国向制造业强国的转变。 快速成型技术的诞生 快速成型技术作为一个专用名词在20世纪80年代末期，美国为了加强其制造业的竞争力与促进国民经济的增长，根据其制造业面临的挑战与机遇，并对其制造业存在的问题进行深刻反省提出来的。快速成型技术是集成制造技术，电子技术，信息技术，自动化技术，能源晕技术，材料科学以及现在管理技术等众多技术的交叉，融合和渗透而发展起来的，涉及到制造业中的产品设计，加工装配，检验测试，经营管理等产品生命周期全过程，已实现优质，高效，低耗，清洁，灵活生产，提高对动态多变，细分的市场的适应能力和竞争能力的一项综合技术。 快速成型技术是顺应这一潮流而出现的先进制造技术，它能自动，直接，快速，精确的将设计思想物转化具有一定功能的原型或直接制造零件，快速成型技术是先进制造技术的重要组成部分，也是制造技术在制造理论的一次革命性飞跃，快速成型技术目前在美国，欧洲，日本等地已被广泛应用，受到制造业界及各类用户的普遍重视。 世界上第一台快速成形机于自1988年诞生于美国。快速成型制造技术是国外20世纪80年
超短脉冲激光技术(钱列加老师)
5．6 (3) 一．概述 (3) 1．飞秒激光脉冲的特性 (3) 2．飞秒脉冲的传输 (5) 3．光束空间传输 (6) 4．脉冲传输的数值模拟 (6) 5．时空效应 (9) 5.1自相位调制 (10) 5.2相位调制对有限光束的影响——自聚焦 (11) 二．飞秒光学 (13) 1．简介 (13) 2．色散元件 (13) 2.1 膜层色散 (13) 2.2 材料体色散 (13) 2.3 角色散元件 (14) 3．群速度色散的补偿及控制 (14) 4．聚焦元件 (16) 4.1 透镜的色差 (16) 4.2 脉冲畸变与PTD效应 (16) 三．飞秒激光器 (18) 1．锁模简介 (18) 2．克尔透镜锁模 (18) 3．飞秒激光振荡器 (20) 4．光纤孤子激光器 (21) 四．飞秒脉冲的放大与压缩 (23) 1．简介 (23) 2．飞秒脉冲放大的困难 (25) 3．啁啾脉冲放大技术 (26) 4．CP A放大器的设计 (27) 4.1 CP A激光系统的工作脉宽 (27) 4.2 高增益的前置放大器 (27) 4.3 装置的色散控制 (28) 4.4 设计多程CP A放大器的理论模型 (31) 五．脉冲整形 (34) 1．脉冲整形 (34) 2．飞秒光脉冲整形的物理基础 (34) (1)线性滤波 (34) (2)脉冲整形装置 (35) (3)脉冲整形的控制 (38) 3．几种典型的空间光调制器 (39) (1)可编程液晶空间光调制器(LC SLM) (39) A．电寻址方式 (39) B．光寻址方式 (40) (2)声光调制器 (41)
(3)变形镜 (41) 4．脉冲压缩 (42) 2.1 波导介质中的SPM (42) 2.2 级联非线性压缩脉冲 (43) 六．脉冲时间诊断技术 (45) 1．强度相关 (45) (1) 多次平均测量 (45) (2) 单次工作方式 (47) (3) 三次相关法 (48) 2．干涉相关 (49) 3．脉冲振幅与位相的重建 (50) 七．大口径高功率激光装置 (53) 1．高能量的PW钛宝石/钕玻璃混合系统 (55) 2．关键技术问题 (56) 2.1 高阶色散 (57) 2.2 光谱窄化和漂移引起的光谱畸变 (57) 2.3 非线性自位相调制SPM (58) 2.4 自发辐射放大ASE (58) 3．光参量啁啾脉冲放大(OPCPA) (58) 3.1 大口径高能钕玻璃泵浦的OPCPA 系统 (62) 3.2 小口径低能量高重复率OPCPA 系统 (63) 4．展望 (64) 4.1 峰值功率的理论极限 (64) 4.2 光学元件的限制 (65) 4.3 非线性B积分的限制 (65)
快速成型技术激光快速成型机软件的操作
第3章激光快速成型机软件的操作 3.1概述 快速成型制作流程如图3-1所示，在利用快速成型机制做原型以前，必须先将用户所需的零件设计出CAD 模型，再将CAD 模型转换成快速成型机能够使用的数据格式，最终通过控制软件控制设备的加工运行。设计可以利用现在广泛应用在设计领域的三维CAD 设计软件，如Pro/E 、UG 、CATIA 、SolidWorks 、SolidEdge 、Inventor 、CAXA 、AutoCAD 等生成，在此不再叙述。如果已有设计好的油泥模型或有零件需要仿制，可以通过反求工程扫描完成CAD 模型（见反求章节）。 图3-1快速成型的制作流程图 快速成型机可直接根据用户提供的STL 文件进行制造。用户可使用能输出STL 文件的CAD 设计系统（如Pro/E 、UG 、CATIA 、SolidWorks 、Ideas 等）进行CAD 三维实体造型，其输出的STL 面片文件可作为快速成型机软件的输入文件。从上面流程图可见，数据处理软件接受STL 文件后，进行零件制作大小、方向的确定，对STL 文件分层、支撑设计、生成SPS 系列激光快速成型机的加工数据文件，激光快速成型机控制软件根据此文件进行加工制作。本章主要讲从以有三维CAD 开始介绍如何将其转换为快速成型机能够使用的数据格式并详细的说明激光快速成型机的控制软件的造作。介绍RPdata10.0数据处理软件、由数据处理软件实现用户设计目标 CAD 三维实体造 导出STL 格式数据 加载STL 格式数据 确定造型方向或制作布局 自动生成支撑 自动分层处理 SLC/HDI 格式数据输出 选择成型机型号 对应成型机数据加载、制作 RP 原型
激光在心血管疾病治疗中应用的新进展
激光在心血管疾病治疗中应用的新进展本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 激光在心血管疾病中主要用于治疗冠心病、周围血管疾病、心脏瓣膜病、先天性心脏病和肥厚性心肌病等。直接心肌血运重建术(direct myocardial revascularization，DMR)，亦称经心肌血运重建术(transmyocardial revascularization，TMR)或激光心肌血运重建术(transmyocardial laser revascularization，TMLR)，是近年来应用于外科临床的新技术。经皮直接心肌血运重建术(percutaneous direct myocardial revascularization，PDMR)是在TMR基础上发展起来的用于心内科临床的一种全新型冠心病介入治疗技术，是冠心病治疗史上的又一新进展。这些都为过去常规内外科治疗不能奏效的冠心病病人提供了一种新的有效的治疗方法［1,2］。一、DMR的分类根据操作技术(外科手术或经皮)、心肌打孔方向(经心外膜或心内膜)将DMR分为两大类［1］：(1)外科DMR：经开胸、胸部小切口或胸腔镜，用CO2激光或Ho∶YAG 激光经心外膜进行心肌打孔；(2)经皮DMR：即PDMR，经皮穿刺股动脉，将光导纤维直接送至心室腔内，通过光导纤维传送脉冲激光经心内膜进行心肌打孔。两
种术式均可将药物直接注入缺血心肌。二、历史回顾1933年Wearn等［3］发现人类心脏也存在类似爬行动物心脏循环系统的窦状隙样网状结构，为开辟全新的冠心病治疗途径奠定了坚实的解剖学基础。根据这一发现以及爬行动物心肌内窦状隙对心内膜下灌注起重要作用，研究者试图寻找新的方法，通过已经存在的或新产生的心肌内窦状隙增加心肌的血液供应。30年代Beck［4］和40年代Vineberg［5］创用的将大网膜、壁层心包或纵隔脂肪缝合到心脏表面或将乳内动脉埋入心肌，试图经心肌内窦状隙重建心肌血运的方法，后来都因冠状动脉搭桥术(CABG)和经皮冠状动脉腔内成形术(PTCA)的开展而黯然失色。1965年Sen 等［6］首先采用针头穿刺心肌产生心肌内孔道以达到心肌血运重建的目的，开创了经心肌血运重建的先河。与冠状动脉堵塞的对照犬相比，进行心肌血运重建术犬的心肌梗死面积缩小，存活率明显提高。1969年Hershey和White［7］首先将“经心肌针头穿刺血运重建术”用于病人，以终止难治性心肌缺血引起的心室颤动。70年代MirhosEini等率先开展了应用激光进行经心肌血运重建的实验研究，80年代初首次在临床应用CO2激光对1例行CABG未获完全血运重建的术中病人实施TMR获得成功［8,9］。90年代，Frazier等［10］
快速成型技术及其发展综述
计算机集成制造技术与系统——读书报告 题目名称： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导老师
快速成型技术及其发展 摘要：快速成型技术兴起于20世纪80年代，是现代工业发展不可或缺的一个重要环节。本文介绍了快速成型技术的产生、技术原理、工艺特点、设备特点等方面，同时简述快速成型技术在国内的发展历程。 关键词：快速成型烧结固化叠加发展服务 1 快速成形技术的产生 快速原型（Rapid Prototyping，RP）技术，又称快速成形技术，是当今世界上飞速发展的制造技术之一。快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的阿伦赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美国UVP公司的查尔斯胡尔1982年和日本的丸谷洋二1983年，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。查尔斯胡尔在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。同年，查尔斯胡尔和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时，其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年米歇尔法伊杰提出了薄材叠层（Laminated Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys 公司，1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年，美国Texas大学的研究生戴考德提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的思想，稍后组建了DTM 公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。斯科特科瑞普在1988年提出了熔融成形(Fused Deposition Modeling，简称FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。 自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期，出现了几十种不同的RP技术，但是SLA、SLS和FDM几种技术，目前仍然是RP技术的主流，最近几年LJP（立体喷墨打印）技术发展迅速，以色列、美国、日本等国的RP设备公司都力推此类技术设备。 2基本原理 快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。 1、从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。 2、从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。 3快速成型技术特点 RP技术与传统制造方法（即机械加工）有着本质的区别，它采用逐渐增加材料的方法（如凝固、焊接、胶结、烧结、聚合等）来形成所需的部件外型，由于RP技术在制造产品的过程中不会产生废弃物造成环境的污染，（传统机械加工的冷却液等是污染环境的），因此在当代讲究生态环境的今天，这也是一项绿色制造技术。 RP技术集成了CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术，解决了传统加工制造中的许多难题。 RP技术的基本工作原理是离散与堆积，在使用该技术时，首先设计者借助三维CAD或者
快速成型技术及应用论文
基于激光快速成型技术的金属快速成型技术 摘要:文章详细介绍了金属粉末快速成型的研究现状 ,分析了金属粉末选择性激光烧结的工艺特点,对这些工艺的影响因素进行了讨论。 关键词：选区激光烧结;金属零件;影响因素。 引言 快速制造 (Rapid Manufacturing) 金属零件一直受到国内外的广泛重视 , 是当今快速成型领域的一个重要研究方向。到目前为止 ,用于直接成型金属材料、制备三维金属零件的技术主要有激光近形制造与金属粉末的选择性激光烧结技术。激光近形制造(LENS) ,又称激光熔覆制造或熔滴制造 ,它将激光熔覆工艺与激光快速成型技术相结合 , 利用激光熔覆工艺逐层堆积累加材料，形成具有三维形状的三维结构。在该方面 ,美国的Aeromet、德国的汉诺威激光中心以及清华大学激光加工研究中心等均进行了大量的研究 , 并得到了具有一定形状的三维实体零件。有异于激光近形制造 ,选择性激光烧结则有选择地逐层烧结固化粉末金属得到三维零件。在这一领域，美国的DTM丶德国的汉诺威激光中心等进行了多元金属的烧结研究。就选区激光烧结(SelectiveLaser Sintering , SLS)而言 ,根据成型用金属粉末的不同 , 人们又开发出多种工艺途径来实现金属零件的烧结成型 ,主要有三种途径:一是利用金属粉末与有机粘结剂粉末共混粉体的间接烧结，金属粉末与有机粘结剂粉末均匀共混，烧结中，低熔点的粘结剂粉末熔化并将高熔点的金属粉末粘结，形成原型(“绿件”)，经后处理，烧失粘结剂，形成“褐件”，最后通过金属熔渗工艺得到致密的金属件；二是利用金属混合粉末的直接烧结 , 其中一种粉末具有较低的熔点(如铜粉) ,另一种粉末熔点较高 (如铁粉) ,烧结中低熔点的金属粉末铜熔化并将难熔的铁粉粘结在一起 , 这种方法同样需要较大功率激光器；三是利用单一成分金属粉末的直接烧结,这种方法目前主要用于低熔点金属粉末的烧结，对熔点高的金属粉末，需采用大功率激光器。本文分别对上述的间接和直接烧结成型工艺进行了初步的研究。 1 SLS的烧结原理 激光选择性烧结快速成型技术是使用激光束熔化或烧结粉末材料 ,利用分层的思想 ,把计算机中的 CAD 模型直接成型为三维实体零件。它的创新之处在于将激光、光学、温度控制和材料相联系。SLS烧结原理如图1所示，烧结过程可分为三部分: (1)首先在粉体床上铺一薄层粉体 , 并压实 , 可以根据需要 ,在激光烧结前进行预热; (2)激光照射粉体层 ,烧结粉体，形成所设计零件一层的形状；(3) 粉体床下降一个薄层厚度的距离;重复上面的过程 ,直到原型零件完成。 SLS对粉末烧结的明显优势在于: (1) 和其它的加工方法比较，能获得优良的材料性能，同时，它的加工材料范围比较宽 (聚合物、金属、陶瓷、铸造砂等)；(2) 易于实现液相烧结 , 烧结周期比较短; (3) 比传统的烧结方法更易得到密实的以粉末金属为原料的产品；(4)工艺比较简单 , 烧结路线、烧结温度便于控制。
超短脉冲激光提升微加工的速度与效率
超短脉冲激光提升微加工的速度与效率 在微加工领域，短脉冲、尤其是超短脉冲激光器正在取代传统的加工方法。对于超短脉冲激光器，得益于其冷烧蚀特性，因此其对所要加工的材料几乎没有任何限制。 在冷烧蚀过程中，材料的去除本质上只能通过化学键断裂来实现，因此其产生的热影响仅限于几微米的区域，并且相应的变形也最小。不幸的是，超短脉冲激光器的烧蚀速率仍然非常低，进而限制了其在工业领域的广泛应用。 金属材料的烧蚀阈值在0.2J/cm2的范围内，而玻璃和陶瓷的烧蚀阈值则在几个J/cm2的范围内。为了提高去除速率，可以使用具有较大聚焦口径的高脉冲能量，以在更大的区域内工作。在诸如玻璃或聚合物等透明材料加工应用中，可通过非线性效应（如多光子过程）来提高去除速率。此外，也可以提高重复频率。重复频率可以从100kHz到几兆赫兹，目前正在进行重复频率超过10MHz的研究。 FIGURE 1. 德国3D-Micromac公司举办的“ISL 2010激光微加工国际研讨会”现场 尽管传统的光纤激光器已经在工业环境中植根多年，但是飞秒光纤激光器在市场上仍然属于新事物。德国耶拿大学的Jens Limpert博士使用的超快光纤激光器，平均功率接近1kW，峰值功率在GW量级，重复频率在kHz到MHz的范围内。虽然超快光纤激光器已经能够达到上述较高的性能，但是其仍然具有很大的发展潜力。 除了单脉冲之外，另一种提高烧蚀速度的方式是采用所谓的脉冲猝发（burst）。以50MHz的脉冲序列为例，重复频率为500kHz的脉冲被提取出来并被放大。
“烧蚀效果与脉冲能量成对数关系。通过这种方式，可以将相同的总能量分配到几个脉冲中，然后通过脉冲叠加来达到更高的去除量。”Lumera Laser公司的Dirk Müller介绍说。实验已经证明5~10个脉冲的脉冲猝发是有效的，并且约为20ns的脉冲间隔也已被证明是有效的。然而，最终获得的去除质量在很大程度上依赖于所要处理的材料。 微结构的高效生产 在微加工领域享有盛名的方法包括EDM（放电加工）、微模压加工和光刻技术。EDM只适用于导电材料，并且速度缓慢；冲压模的制造成本较高；而光刻则需要高精密掩模，并且后续的刻蚀过程还对环境有很大的污染。相比之下，激光冷烧蚀加工不但能够实现与上述方法类似的加工精度，而且更具成本效益，同时也非常环保。最精细结构的冲压使得金属板材的加工更加容易，金属板材结构由模压辊制成。德国夫琅和费激光技术研究所（Fraunhofer-ILT）已经利用功率为100W、重复频率为3MHz 的皮秒激光器，获得了最佳的精细结构加工效果。 “在整个激光微加工过程中，CAD数据得到了精确的再现，没有熔化物飞溅以及其他废弃物，并且表面粗糙度小于0.5μm。”Fraun hofer-ILT烧蚀与焊接部门主管Arnold Gillner博士说（见图2和图3）。为了获得更好的加工效果，脉冲之间必须有10％~15％的重合，两条脉冲的刻线间则必须有10％的重合。 图2：由超快脉冲激光器加工的一个工具的局部图