激光增材制造技术工艺过程
《增材制造》课件—02增材制造技术的常见工艺方法及其装备
该工艺的基本原理如图2- 1所示 。SLS工艺的原 理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或 非金属粉末） ，在计算机控制下 ， 按照界面轮廓信 息 ， 利用大功率激光对实心部分粉末进行扫描烧结， 然后不断循环 ， 层层堆积成型 ， 直至模型完成。
（1）高温烧结 高温烧结阶段形成大量闭孔 ， 并持续缩小 ， 使孔隙尺寸和孔
隙总数有所减少 ， 烧结体密度明显增加 。在高温烧结后 ， 坯体密 度和强度增加 ， 性能也得到改善。 （2） 热等静压烧结
热等静压烧结工艺是将制品放置到密闭的容器中 ， 使用流体 介质 ， 向制品施加各向同等的压力 ， 同时施以高温 ，在高温高压 的作用下 ，制品的组织结构致密化。 （3）熔浸
图2- 16 FDM工艺原理
2.4 熔融沉积（FDM）
· 2.4.2 FDM的成型过程
FDM成型工艺在原型制作同时需要制作支撑 ， 为了节省材料成本和提高制作效率 ， 新 型的FDM设备采用双喷头 ， 如图2- 17所示 。一个喷头用于成型原型零件 ， 另一个喷头用于 成型支撑 。
FDM的成型过程是在供料辊上 ， 将实心 丝状原材料进行缠绕 ， 由电动机驱动辊子旋 转 ， 辊子和丝材之间的摩擦力是丝材向喷嘴 出口送进的动力 。喷嘴在XY坐标系运动 ，沿 着软件指定的路径生成每层的图案 。待每层 打印完毕后 ， 挤压头再开始打印下一层 ， 直 至加工结束。
定的切片软件进行切片 ， 最后将切片数据输入烧结系统。 （2） 粉层激光烧结叠加
激光烧结的过程原理如图2- 1所示 。加热前对成型空间进行预热 ，然后将一层薄薄 的热可熔粉末涂抹在部件建造室 。在这一层粉末上用CO2激光束选择性地扫描CAD部 件最底层的横截面 。 当横截面被完全扫描后 ， 通过滚轴机将新一层粉末涂抹到前一层 之上 。这一过程为下一层的扫描做准备 。重复操作 ，每一层都与上一层融合 。每层粉 末依次被堆积 ， 重复上述过程直至打印完毕。
金属材料激光增材制造技术
金属材料激光增材制造技术孙峰、李广生金属材料增材制造技术是通过对CAD模型进行离散处理，以金属粉末、颗粒、金属丝材等为原材料，采用高功率激光束熔化/快速凝固逐层堆积生长，直接从零件数模完成高性能零件的近终成形制造。
金属材料增材制造技术，可分为以送粉为技术特征的激光沉积制造（Laser Deposition Melting，LDM）技术和以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。
LDM技术是快速成形技术和激光熔覆技术的有机结合，是以金属粉末为原材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件CAD模型分层切片信息规划的扫描路径，将送给的金属粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，从而实现整个金属零件的直接制造。
LDM系统主要包括：激光器及光路系统、水冷机及冷却系统、数控机床系统、送粉器及送粉系统、惰性气体保护系统、激光熔化沉积腔及工艺监控系统等。
图1LDM激光沉积制造技术LDM技术集成了快速成形技术和激光熔覆技术的特点，具有以下优点：（1）无需大型设备与模具，零件近净成形，材料利用率高；工艺流程、制造周期短，制造成本低；（2）零件无宏观偏析，组织细小、致密，力学性能达到锻件水平；（3）成形尺寸不受限制，可实现大尺寸零件的制造；（4）激光束能量密度高，可实现难熔、难加工材料的近净成形；（5）可对失效和受损零件实现快速修复，并可实现定向组织的修复与制造。
主要缺点：（1）制造成本较高；（2）制造效率较低；（3）制造精度较差，悬臂结构需要添加相应的支撑结构。
SLM技术是以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进激光增材制造技术。
通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，实现三维实体金属零件制造。
SLM系统主要由激光器及光路系统、气体净化系统、铺粉系统、控制系统4部分组成。
增材制造技术的工艺方法
增材制造技术的工艺方法增材制造技术（Additive Manufacturing，AM）是一种通过逐层添加材料构建三维物体的制造方法。
相对于传统的减材制造方法，增材制造技术具有很多独特的优势，如可实现复杂的内部结构、灵活性高、节约材料、快速制造等。
以下将介绍几种常见的增材制造技术及其工艺方法。
一、激光烧结制造技术激光烧结制造技术（Selective Laser Sintering，SLS）是使用激光束将粉末材料局部熔化并烧结在一起来构建物体。
其工艺方法主要包括：首先，准备粉末材料，将其均匀分布在工作台上；然后，使用激光束扫描和烧结每一层粉末，将其粘结在一起；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。
在这个过程中，未被烧结的粉末可用于支撑和填充内部空腔。
二、熔融沉积制造技术熔融沉积制造技术（Fused Deposition Modeling，FDM）是通过从喷嘴中挤出熔化的塑料丝线来构建物体。
其工艺方法主要包括：首先，将塑料丝线装入机器中，并加热使其熔化；然后，通过喷嘴将熔化的塑料线一层层地挤压出来，形成物体的每一层；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。
在这个过程中，使用一个可移动的工作台来保持物体的稳定。
三、光固化制造技术光固化制造技术（Stereolithography，SLA）是通过使用紫外线激光束逐层固化液体光敏树脂来构建物体。
其工艺方法主要包括：首先，将光敏树脂涂覆在一个工作台上，形成一个薄层；然后，使用紫外线激光束扫描和固化光敏树脂的特定区域，形成物体的每一层；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。
在这个过程中，光敏树脂经过固化后可以形成物体的外部结构。
四、电子束熔化制造技术电子束熔化制造技术（Electron Beam Melting，EBM）是使用高能电子束将金属粉末熔化并熔融在一起来构建物体。
其工艺方法主要包括：首先，将金属粉末均匀分布在工作台上；然后，使用高能电子束扫描和熔化金属粉末，将其融化并与前一层熔融的金属相融合；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。
增材制造简介介绍
2000年代至今
03
增材制造技术得到了快速发展，被广泛应用于各个行
业和领域。
增材制造技术的重要性和优势
高度定制化
增材制造技术可以根据客户 需求进行定制化生产，满足
个性化的需求。
1
减少生产成本
增材制造技术可以减少材料 浪费和生产成本，提高生产
效率。
创新设计
增材制造技术可以应用于创 新设计，使产品更加独特和 新颖。
材料利用率高：能够减少材料浪费，降低成本。
特点 高效率：实现快速制造，节约生产时间。 高度定制化：能够根据客户需求进行定制化生产。
增材制造的技术类型
激光熔化技术（Laser Melting ）：利用高能量激光束熔化金 属粉末，逐层堆积形成物体。
粉末烧结技术（Powder Sintering）：利用激光或其他 能源将粉末颗粒烧结在一起，
环保可持续性
增材制造技术可以减少生产 过程中的废弃物和污染，更 加环保和可持续。
增材制造技术的挑战和限制
技术成熟度
增材制造技术的成熟度还需要进一步提高， 以满足更广泛的应用需求。
材料限制
增材制造技术的材料选择还需要进一步拓展 ，以满足不同领域的需求。
生产效率
增材制造技术的生产效率还需要提高，以满 足大规模生产的需求。
逐层堆积形成物体。
光固化技术（ Photopolymerization）：利 用光敏树脂作为材料，通过激 光束照射凝固，逐层堆积形成 物体。
熔融沉积技术（Fused Deposition Modeling）：利 用热熔性材料作为材料，通过 喷嘴将材料逐层沉积形成物体 。
增材制造的应用领域
医疗
制造人体植入物、 医疗器械等。
智能制造数字化增材制造 第2章 增材制造技术架构
图2-7 所示为整体式设计与传统设计的对比，传统工艺用三个零件组装成一个部件，为 了组装方便，每个零件的形状都有特殊的设计，存在一定的加工难度。如果运用增材制 造工艺，可把这三个零件合并成一个零件。设计过程也不复杂，通常使用CAD 软件里的 布尔运算即可完成。
全价值链软件集成
每个环节都需要相应的软件支撑, 以完成相应的任务。图2-9 所示为全价值链软件集成 的各个环节及其相应软件。
04
增材制造构型
增材制造构型
质量是通过设计产生的，效率也是通过设计 产生的，为了更好地运用增材制造模式来提高产 品质量和生产率，最终确立市场竞争优势，需掌 握相关的设计环节。
典型工艺
2. 材料挤压成型（FDM） 材料挤压成型又称为熔丝沉积（FFF），它是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一 个微细孔的挤压头挤压出来。挤压头可沿着X 轴方向移动，而工作台可沿Y 轴方向移动 。图2-3 所示为材料挤压成型工艺。
典型工艺
3. 粉末喷射（3DP） 粉末喷射工艺类似于喷墨打印，喷头把液态树脂喷射到粉末加工台面，并将其固化。可 以喷射多种液体树脂，以形成不同材料性质的工件。图2-4 所示为粉末喷射工艺。
智能制造数字化增材制造
授课教师：XXXX
01
典型工艺
典型工艺
2.1 典型工艺 增材制造的典型工艺有三种, 分别为激光烧结、材料挤压成型和粉末喷射。下面逐一对 其进行简单介绍, 以便在实际应用中能根据生产任务的特性选择合适的工艺。图2-1 所 示为增材制造的三种典型工艺。
典型工艺
1. 激光烧结 激光烧结法是利用计算机控制快速移动的镜子来控制激光束移动，激光束一层一层地 烧结材料（如陶瓷粉末或金属粉末）成型。当一层烧结完成后，工作台下移，工作台表 面再敷上一层材料，进行下一个平面的烧结过程。图2-2 所示为激光烧结工艺。
简述增材制造工作流程
简述增材制造工作流程
增材制造( ),简称3打印,是一种从三维电脑辅助设计()数据开始一层层加材和结合成型的快速制造技术。
其主要工作流程包括:
1. 设计:使用软件设计出产品三维模型。
2. 原型生成:将数据转换为或等格式,为3打印机识别。
3. 支撑结构设计:如果是在增材机上打印,需要设计支撑结构以支撑产品形状中的悬臂及超大坡面部分。
4. 制造参数设置:设置打印机参数,如层厚、打印材料、打印速度等。
5. 制造:3打印机按照数据一层层地印刷和堆叠打印材料,完成产品模型的增材制造。
6. 后处理:去除支撑材料及表面处理,得到最终产品。
7. 检测:对产品尺寸、形状及性能等进行检测,确保产品质量。
以上就是增材制造的基本工作流程。
它可以按客户需求快速制造出复杂的三维实体产品原型。
增材制造技术实训 项目7 选区激光熔化技术
z7.2材料简介
▪ 选区激光熔化主要成形的材料为粉末材料，主要分为铁基、钛基、镍基、铝基、铜基等金属或合 金，目前常用的粉末材料类型有：不锈钢粉末、高温合金粉末、铝合金粉末、钛合金粉末、高熵 合金等，衡量粉末成形质量的主要指标有堆积特性、粒径分布、颗粒球形度和含氧量等，如图 7.2所示，球形度直接关系到成形制造的孔隙率、成形密度、成形机械性能等指标。此外，还有 一些具体的指标来反映粉末的特性，根据粉末材料类型归纳，其常用的SLM粉末材料特点简介如 下表7.1所示。
▪ (2)所制造出来的金属零件是具有完全冶金结合的实体,其相对密度接近或达到100%，且具有快速 凝固的组织，这使成形的金属零件力学性能可达到锻件的水平，一般无需热处理即可投入使用。
▪ (3)成形材料来源广泛，可直按采用商业化的金属粉末，还可采用高熔点金属材料。成形材料包括 不锈钢，钛合金，工具钢等多种材料。
z 7.1工艺原理概述
7.1.3选区激光熔化快速制造技术优势
▪ 选区激光熔化也有技术的不足：
▪ （1）成形中容易产生冶金缺陷
▪ 选区激光熔化成形取决于工艺参数的配合，一旦设计的工艺参数不匹配，极易产生球 化效应、翘曲、裂纹等制造缺陷，限制了高质量金属零部件成形，需要工艺参数匹配 优化方案的配合。
▪ （2）成形零件尺寸有限
▪ 受限于设备空间的大小，成形仓内成形的零件尺寸受限。另外大尺寸成形零件的循环 热力影响叠加，更易产生制造缺陷，目前还有较好的工艺方案。
▪ （3）技术复杂，精度要求严格，设备主要依赖进口
▪ 由于设备的零部件精度要求较高，且系统的可靠性、稳定性都有较高要求，目前真正 的产品级设备还主要依赖进口。进口设备的封装性不利于工艺开发，限制了相关工艺 探索的发展。
表7.1 选区激光熔化常用材料特性表
增材制造技术的原理
增材制造技术的原理增材制造技术是一种先进的制造技术，它是一种通过逐层堆叠并逐步创建复杂形状的物体的工艺方法。
它被广泛用于各种应用领域，例如航空航天、医疗、建筑、汽车和制造业。
本文将详细介绍增材制造技术的原理。
1. 概述增材制造技术是一种通过逐层堆叠并逐步创建复杂形状的物体的工艺方法。
它通常也被称为三维打印技术，因为它可以创建可以轻松实现呈现在计算机辅助设计软件中的复杂的三维形状。
通常情况下，增材制造技术使用计算机程序指导一台机器逐层制造出所需形状的物体。
2. 工艺流程增材制造技术的过程可以分为建模、切片和打印三个主要步骤。
建模是指使用计算机辅助设计软件（CAD）将所需的形状建模为数字模型。
数字模型可以是基于任何物理形状的，例如通过扫描已有的物体获得。
设计人员还可以使用CAD软件创建自定义形状。
在建模过程中，设计人员需要考虑一些关键因素，例如所需样品的尺寸、几何形状、特定的物理和机械要求等。
切片是将数字模型转换为机器可识别的切片模式的过程。
在切片过程中，数字模型被分成多个水平层面，每个层面都可以看作是一个二维图像。
这些图像被发送到控制机器的计算机上，并用于指导机器建造实体模型。
打印是最后一步，也是最关键的步骤。
在这一步中，机器将根据层次结构分层制造出所需的物体。
打印可以执行在多种材料上，例如聚合物、金属、陶瓷等。
3. 内部结构增材制造技术创建出的物体具有非常独特的内部结构。
它的内部结构彼此连接，呈现出类似于震荡器的结构。
这种结构提供了多个利益，例如提高强度、减轻重量和提供更好的吸音效果。
另一种内部结构是由大量细小细线所构成。
这些细线通常具有花纹样式，它们之间形成独特的支撑架构。
这样的内部结构具有很高的功效，但对于强度和耐用性等方面的要求较高。
4. 优点和缺点增材制造技术具有多种优点，但也有缺点。
1）生产速度快：与传统的制造方法相比，增材制造技术可以降低生产时间，因为它几乎消除了大部分制造周期中需要的工具和模具。
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激光增材制造技术工艺过程
1.设计模型：首先根据所需物体的形状、尺寸和功能要求进行设计，通常采用计算机辅助设计软件建模。
2.准备材料：根据设计模型选定相应的材料，将其制成粉末状并筛选，以确保粒度均匀。
3.激光熔化：将激光聚焦在材料粉末层的表面上，精确地控制激光能量和扫描路径，使金属粉末熔化并凝固成固体层。
这一过程持续进行，不断堆积层与层之间的粉末。
4.层间粘合：当一层完全构造完成后，将工作台下降一个层次，将新的粉末层覆盖在上一层之上。
通过控制激光聚焦点的位置和能量，将新的粉末层与之前的层融合在一起。
5.后处理：通过去除未熔化的金属粉末、清洗、热处理等方式，使构造的物体获得更优异的力学性能和表面质量。
激光增材制造技术具有制造精度高、制造周期短、材料利用率高、无须模具等优势，因而在航空航天、汽车、医疗、模具等领域得到广泛应用。
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