激光快速成形技术25页PPT
激光快速成形技术介绍
金属粉末激光快速成形技术罗建兵2011031214金属粉末激光快速成形技术介绍金属粉末的激光快速成型技术是集计算机辅助设计、激光熔覆、快速成型于一体的先进制造技术, 是传统加工成形方法的重要补充。
本篇文章主要介绍了金属粉末激光快速成形的原理、装置组成及最新研究进展, 并对其发展前景进行了展望。
快速成型技术(RP, Rapid Prototyping ) 是从1987 年开始发展起来的一种先进制造技术。
该技术最初用来制造铸造用模型, 后来发展到制造原型零件,主要用于模型或零件的直观检验, 其关键是要求形状准确, 而对其力学性能没有太高的要求, 所采用的成型材料主要有液体光敏树脂、蜡、纸等替代材料。
目前, 美国、日本、德国已相继开发出多种快速成型技术, 如液体光敏树脂固化、熔融沉积成型、实体叠层制造、分层固化、选择性激光烧结、3D 喷射印刷等技术。
该技术在无需任何硬质工模具的情况下, 可直接从计算机三维设计制造出实体零件, 在机械制造等众多领域已得到广泛应用。
近年来, 快速成型技术有了新的发展, 已开始在金属材料、陶瓷材料的制备上得到应用, 其主要目标是快速制造出满足使用性能的致密的金属零件。
传统的快速成型方法成型金属零件时, 多采用树脂包覆的金属粉末作为原材料, 通过激光扫描使树脂熔化将金属粉末固结在一起; 也可采用喷射粘结剂的方法将松散的金属粉末粘结成型。
在成型后要经过脱粘、浸渗塑料、低熔点金属或铜来加强, 可制成镶块用在塑料注射模和压铸模中。
如脱粘后经热等静压处理也可制成致密金属零件, 但难以保证零件的尺寸精度。
目前, 金属零件的快速成型方法主要有间接激光烧结、直接激光烧结和液滴喷射沉积, 其中直接激光烧结技术是目前快速制备致密金属零件的主要技术。
1 基本原理金属粉末快速成形技术的基本原理，是先由CAD软件产生零件实体模型，然后由分层软件对CAD 实体模型按照一定的厚度进行分层切片处理，获取各截面的几何信息，然后根据切片轮廓设计出扫描轨迹，并将其转化成NC 工作台的运动指令。
快速成型技术原理PPT课件
Rapid Prototype 快速成型
选择性激光烧结(Selected Laser Sintering, SLS)
SLS法是采用滚筒将粉末铺撒成薄薄的一层(100μ-200μ),用红外板将粉末预热至稍低 于熔点温度,然后用计算机控制激光束按原型或零件的截面形状扫描平台上的粉末.激光束 扫描所到之处,粉末被烧结形成物理模型的组成部分.升降工作台一个层厚,用滚筒在已烧结 层上再铺撒一层粉末,用激光束扫描烧结.依次重复逐层烧结直至形成完整原型。全部烧结 后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。
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Rapid Prototype 快速成型
立体光固化成型(Stereo Lithography Apparatus, SLA)
该技术以光敏树脂为原料,采用计算机控制下的紫外激光,以预定原型各分 层截面的轮廓为轨迹逐点扫描,使被扫描区的树脂薄层产生光聚反应后固化,从 而形成一个薄层截面.当一层固化后,向上(或向下)移动工作台,在刚刚固化的树 脂表面布放一层新的液态树脂,再进行新一层扫描固化.新固化的一层牢固地粘 合在前一层上,如此重复至整个原型制造完毕。
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Rapid Prototype 快速成型
目前快速成型技术的成型工艺方法有十几种,各种方法有自身的特 点和实用范围。比较成熟并已商品化的成型方法有:
• 立体光固化成型 (Stereo Lithography Apparatus, SLA) • 分层实体制造 (Laminated Object Manufacturing, LOM) 、 • 选择性激光烧结 (Selected Laser Sintering, SLS) 、 • 熔融沉积成型 (Fused Deposition Modeling, FDM) 。
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4.3激光焊接
激光焊接特性
1）激光照射时间短，焊接过程极为迅速 2）具有熔化净化效应，能纯净焊缝金属 3）能量密度高，对高熔点、高导热率材料焊接有利 4）可透过透明体焊接，防止杂质污染和腐蚀
4.4激光热处理
激光热处理的特性
1）处理速度快 2）变形小 3）效率高
4.5激光微调
4.6激光雕刻
2）激光器电源 激光电源根据加工工艺的要求，为激光提供所需的能量及控制 功能。由于激光器的工作特点不同，对供电电源的要求也不同
3）光学系统 。光学系统包括聚焦系统和观察瞄准系统。聚焦系统的作用是把 激光引向聚焦物镜，并聚焦在加工工件上；为了使激光束准确 地聚焦在加工位置，要有焦点位置调节以及观察描准系统。
4.7快速成型
结束语
当前机械制造技术不仅在它的信息处理与控 制等方面运用微电子技术、计算机技术、激光加 工技术，在加工机理、切削过程乃至所用的刀具 也无不渗透着当代的高新技术，再也不是原来意 义上的“机械加工”了。随着激光技术的快速发展 ，激光在机械制造领域的应用越来越广泛，越来 越重要，影响越来越大。激光快速找正、激光测
4）加工速度快 激光打孔只需0.01s，切割比常规方法提高效率8~20倍，激光焊
效率高
接可提高效率30倍，微调薄膜电阻可提高1000倍，提高精度1~2
2.2激光加工的特点
6）通用性强 用一台激光器改变不同的导光系统，可以处理各种形状和尺寸 的工件。也可以选择适当的加工条件，用同一台装置进行切割 、打孔、焊接和表面处理等多种加工。
激光是通过入射光子影响处于亚稳态高能纺的原子、离
激光的产生 如图所示
放電
－
原子核
稳定状態 当外加能量为零
･激光的发生原理 激励
快速成型的技术33页PPT
快速成型的技术
26、机遇对于有准备的头有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
快速成型技术介绍PPT课件
新材料
制品
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RP技术基本原理：离散—堆积（叠加）
三维模型构建： Pro/E、UG、 SolidWorks、 激光扫描、 CT断层扫描等
三维模型的近 似处理:三角形 平面来逼近原
来的模型 （STL文件）
三维模型的切 片处理：加工 方向（Z方向）
进行分层
后处理：打磨、 抛光、涂挂、
烧结等
成型加工：成型 头（激光头或 喷头）按各截面 轮廓信息扫描
间隔一 般取
0.05m-0.5mm，
常用
0.1mm
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图3、 RP成型过程图
各层固化粘结： 树脂或塑料的链 式反应固化、无 化学反应的熔融 粘结固化和用粘 结剂将片体粘结
的方法。
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3、RP技术的特点和影响 新产品开发的一般过程：
模具：制模、 试模、修模， 时间，成本
设计
试制
试验
RP：设计、 成型，
时间，成本
征求用户意见
市场推销
生产
修改定型
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RP技术的主要特点： （1）可以制造任意复杂的三维几何实体 （2）快速性 :几个小时到几十个小时就可制造出零件 （3）高度柔性：无需任何专用夹具或工具 （4）产品结构与性能的及时快速优化 （5）进行小批量生产 （6）RP技术有利于环保
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二、RP技术加工方法和设备
LOM缺点：材料浪费严重，表面质量差。
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3、SLS
SLS工艺最初由美国德克萨斯大学奥斯汀分校 (UIIiversity of Texas at Austin)的Carl Deckard于1989年在 其硕士论文中提出，后由Texas大学组建的DTM公司于 1992年推出了该工艺的商业化生产设备Sinterstation。
第六章快速成型技术
基本原理： • SLS工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉末）在激 光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形。
(1) 成形精度较高； (2) 只须对轮廓线进行切 割，制作效率高，适合做 大件及实体件； (3) 制成的样件有类似木 质制品的硬度，可进行一 定的切削加工。
(1) 成形件强度和表 (1) 成形时间较长； 面质量较差，精度低。 (2) 做小件和精细件时精 (2) 在后处理中难于 度不如SLA。 保证制件尺寸精度， 后处理工艺复杂，样 件变型大，无法装配。
➢ 缺点 • 需要支撑，树脂收缩导致精度下降，材料昂贵，光固化 树脂有一定的毒性等。
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第六章快速成型技术
应用： •（1）可直接制作树脂功能件，用作结构验证和功能测试 •（2）可制作比较精细和复杂零件 •（3）可制造出有透明效果的制件 •（4）制造出来的原型可以翻制各种模具
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第六章快速成型技术
基本原理图：
•图 SLS基本原理图
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• 工作台上均匀铺上一 层很薄(0.1~0.2mm) 的粉末， 激光束在计算机的控制下按 照零件分层轮廓有选择性地 进行烧结，一层完成后再进 行下一层烧结。全部烧结完 成后去掉多余的粉末，再进 行打磨、烘干等处理便获得 零件。
激光熔覆快速成型： 被熔覆的金属粉末通过送粉装置用气体或重力输送，采 用高功率激光同步熔化被送粉末，在基板上逐线、逐层堆积 成非常之谜的金属零形原理图
第六章快速成型技术