激光快速成型(SLS)技术在汽车领域的应用讲解
快速成型技术的多领域应用与发展
快速成型技术的多领域应用与发展摘要：简要介绍了快速成型技术的基本原理、工艺方法和技术特点。
阐述了快速成型技术在工业造型、制造、模具、医学、航天等多领域的应用，探讨了快速成型技术今后的发展趋势。
关键词：快速成型技术原型快速制模应用快速成型技术RP(Rapid Protot-yping RP)是20世纪80年代末开始发展起来的一种基于逐层累加成型的新兴制作工艺,它是集多种先进科技于一体的能够迅速将设计思想转化为产品的现代先进制造技术。
它为零件原型制作、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。
快速成型工艺是一个涉及CAD/CAM、逆向工程技术、分层制造技术、数据编程、材料编制、材料制备、工艺参数设置及后处理等环节的集成制造过程。
通俗地说，快速成型技术就是利用三维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。
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RP技术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。
快速成型制造工艺PR技术是将传统的“去除”加工方法(由毛坯切去多余材料形成产品)改变为“增加”加工方法(将材料逐层累积形成产品)，采用离散分层/堆积的原理，由CAD模型直接驱动，快速制作原型或三维实体零件的一种全新的制造技术。
快速成型技术发展至今，以其技术的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速发展，目前，快速成型的工艺方法已有几十种之多，其中主要工艺有四种基本类型: 光固化成型法(Stereo lithography Apparatus, SLA)、叠层实体制造法(Laminated Object Manufacturing, LOM)、选择性激光烧结法(Selective Laser Sintering, SLS) 和熔融沉积制造法(Fused Deposition Manufacturing, FDM)。
选择性激光烧结原理
选择性激光烧结原理
选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）是一种常用于快速成型的增材制造技术，它通过激光照射粉末材料来实现三维物体的逐层烧结，是一种非常重要的制造技术。
本文将对选择性激光烧结的原理进行详细介绍，包括激光烧结的基本过程、原理及其应用。
激光烧结的基本过程是将一层薄薄的粉末材料铺在工作台上，然后利用激光束逐层扫描并照射在粉末层上，粉末被局部熔化并与下一层粉末烧结在一起，从而形成一个完整的三维物体。
这个过程需要精确控制激光束的位置和功率，以确保粉末能够被正确烧结，同时又不会造成过度烧结或烧结不足的情况。
激光烧结的原理主要是利用激光的高能量来熔化粉末材料，并且在瞬间冷却后形成固态结构。
激光束的能量密度和照射时间是影响烧结质量的关键参数，需要根据材料的特性和所需的物体结构来进行合理的选择。
此外，粉末材料的颗粒大小和分布也会对烧结质量产生影响，因此需要在制备粉末材料时进行精确的控制。
选择性激光烧结技术在实际应用中具有广泛的用途，特别是在制造复杂形状和小批量产品时具有独特的优势。
例如，在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域，激光烧结技术都得到了广泛的应用。
由于激光烧结技术可以直接从数字模型中制造出实物，因此在定制化产品的制造中具有很大的潜力。
总的来说，选择性激光烧结技术是一种非常重要的增材制造技术，它通过激光照射粉末材料来实现三维物体的逐层烧结。
激光烧结的原理主要是利用激光的高能量来熔化粉末材料，并且在瞬间冷却后形成固态结构。
这种技术在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域具有广泛的应用前景，是一种非常有前景的制造技术。
选择性激光烧结成型技术的工艺与应用
选择性激光烧结成型技术的研究与应用摘要：介绍了选择性激光烧结成型技术的基本原理、工艺过程和特点，阐述了激光烧结技术的材料和设备的选择，列举了激光烧结技术在各个领域特别是模具制造领域的应用，并且分析了现有技术中存在的问题以及前景的展望。
关键词：快速成型；选择型激光烧结（SLS）；模具制造1.引言快速原型技术（Rapid Prototyping，PR）是一种涉及多学科的新型综合制造技术。
它是借助计算机、激光、精密传动和数控技术等现代手段，根据在计算机上构造的三位模型，能在很短时间内直接制造产品模型或样品。
快速原型技术改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发的周期，加快了产品的更新换代速度，降低了企业投资新产品的成本和风险。
选择性激光烧结机技术（Selective Laser Sintering，SLS）作为快速原型技术的常用工艺，是利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。
与其他快速成型工艺相比，其最大的独特性是能够直接制作金属制品，而且其工艺比较简单、精度高、无需支撑结构、材料利用率高。
本文主要介绍选择型激光烧结成型技术的基本原理、工艺特点、材料设备选择以及应用等内容。
2.选择性激光烧结技术（SLS）2.1选择性激光烧机技术（SLS）的基本原理和工艺过程选择性激光烧机技术（SLS）工艺是一种基于离散-堆积思想的加工过程，其成形过程可分为在计算机上的离散过程和在成形机上的堆积过程，简单描述如下：（1）离散过程。
首先用CAD软件，根据产品的要求设计出零件的三维模型，然后对三维模型进行表面网格处理，常用一系列相连三角形平面来逼近自由曲面，形成经过近似处理的三维CAD模型文件。
然后根据工艺要求，按一定的规则和精度要求，将CAD模型离散为一系列的单元，通常是由Z向离散为一系列层面，称之为切片。
然后将切片的轮廓线转化成激光的扫描轨迹。
（2）堆积过程。
首先，铺粉滚筒移至最左边，在加工区域内用滚筒均匀地铺上一层热塑性粉状材料，然后根据扫描轨迹，用激光在粉末材料表面绘出所加工的截面形状，热量使粉末材料熔化并在接合处与旧层粘接。
SLS的应用
从快速成型到大批量定制快速成型（Rapid Prototyping, RP ）中采用的技术和材料，正如其辅助设计的新产品一样，发展可谓日新月异。
从环氧树脂到生物兼容的钴铬合金材料都能进行激光烧结，而且速度、定制化和精密程度都使得成型技术在传统和新市场的应用范围大大拓宽了。
通常被称为激光加层制造（Additive Layer Manufacturing, ALM ）的激光烧结为产品开发和制造增加了柔性，这主要得益于其能够创造出到目前为止还不可能或者因成本过高而无法制造出的几何体。
早期的ALM 技术使用者遍布许多行业，包括航空航天、汽车、医疗，以及牙科；体育和娱乐产品的制造；以及一系列的塑料和金属产品供应商。
采用激光烧结技术的主要原因包括来自定制化产品的需求，创造复杂形体的需求，缩减生产时间，以及因产量过少无法通过传统工艺实现成本效率。
捷豹 (Jaguar) 汽车捷豹汽车正在其Whitley 工程中心不断增加使用这种最新技术，以加快其新车型的开发，主要用于直接从CAD 模型中导出塑料零件，免去了模具的成本。
激光烧结系统扮演着重要的角色，能通过逐层熔化尼龙粉末（聚酰胺PA2200）后得到相应的外形，从而制造出外型部件甚至引擎部件。
最后得到的部件，例如进气管、车门内饰件、仪表盘、车内通风口、外车灯罩等，都具有足够的强度经受实际行驶中的测试，使得更多的数据能在开发过程的早期就能被搜集到。
与此相反，其他使用环氧树脂和ABS 材料的快速成型技术得到的零件都易碎，只能用于视觉的观察。
上市的捷豹汽车；在过去，大笔的金钱花费在制造该部件的工装上。
而且每一个设计的改动将花费数千英镑/美元，用以更换工具，而且整个流程耗费数周才能完成。
如果是重大的改动，则需要完全更换新的工装。
使用激光烧结快速成型技术，制作出两个进气管的设计模型，之后使用尼龙粉末生产17个，每个成本低于1000英镑，生产效率为每件产品1.5天。
这仅仅对汽车零件开发来说就节省了巨大的财务开支，并将进一步开发所需的时间减半——从一年缩短到了六个月。
3D打印技术：SLA、FDM、SLS等技术的特点和应用对比分析
3D打印技术：SLA、FDM、SLS等技术的特点和应用对比分析3D打印技术已经在多个领域取得了广泛应用，例如医疗、航空航天、汽车、工业制造等。
其中，SLA（StereoLithography）技术、FDM （Fused Deposition Modeling）技术、SLS（Selective Laser Sintering）技术是三种常见且应用广泛的技术。
本文将对这三种技术的特点和应用进行对比分析，以便更好地了解它们的优劣。
1. SLA技术SLA技术是一种利用光固化树脂的三维打印技术，通过使用紫外线激光照射在光敏树脂表面，将树脂固化成固体物体。
SLA技术的特点有：-高精度：由于激光精确照射在树脂表面，SLA技术可以实现非常高的精度和表面光滑度。
-材料多样性：SLA技术可以使用不同材质的光敏树脂，可以实现多种功能性的零件制造。
-成型速度较慢：由于要使用激光逐层固化树脂，SLA技术的成型速度相对较慢。
SLA技术的应用范围非常广泛，主要包括医疗领域中的生物医学模型制造、工业设计中的样机打印、珠宝设计中的模具制作等领域。
2. FDM技术FDM技术是一种利用熔融式塑料丝进行层层堆积的三维打印技术，通过加热喷嘴将塑料丝熔化后挤出，通过控制喷嘴的运动路径实现物体的制造。
FDM技术的特点包括：-较低的成本：相比其他技术，FDM技术的设备和材料成本相对较低。
-制造速度快：FDM技术可以实现较快的成型速度，适用于批量定制生产。
-材料种类丰富：FDM技术可以使用多种不同材质的塑料丝，可以满足不同领域的需求。
FDM技术的应用范围包括汽车领域的零部件制造、航空航天领域的样机验证、工业制造中的快速定制等领域。
3. SLS技术SLS技术是一种利用激光烧结粉末材料进行层层堆积的三维打印技术，通过使用激光将粉末材料局部烧结固化，形成物体的过程。
SLS技术的特点有：-可制造复杂结构：SLS技术可以实现复杂结构的制造，适用于精细零件制作。
第十章 快速成型制造技术的应用
如果一个产品的零件多而且复杂就需要做总体装配校核。在投产之 前，先用快速成型制造技术制作出全部零件原型，进行试安装，验证设 计的合理性和安装工艺与装配要求，若发现有缺陷，便可以迅速、方便 地进行纠正，使所有问题在投产之前得到解决。下图为某发动机气缸部 件中气缸盖改进设计后制作的用于装配检验的LOM模型。
右图所示为用于冷却系统流动分析的 气缸盖模型。为了进行分析，该气缸 盖模型装在了曲轴箱上，并配备了必 要的辅助零件。图中的蓝色液体高亮 显示了腔体的内部结构。当分析结果 不合格时，可以将模型拆卸，对模型 零件进行修改之后重装模型，进行另 一轮的流动分析，直至各项指标均满 足要求为止。
第二节 快速成型技术的应用领域
第一节 快速原型的基本用途
新产品的开发总是从外形设计开始的，外观是否美观和实用往往决 定了该产品是否能够被市场接受。传统的加工方法中，二维工程视图在设
计加工和检测方面起着重要作用。其做法是根据设计师的思想，先制作出
效果图及手工模型，经决策层评审后再进行后续设计。但由于二维工程视 图或三维观感图不够直观，表达效果受到很大限制，而手工制作模型耗时
图10-13 对RP模型需求的行业
第二节 快速成型技术的应用领域
1. 汽车行业
快速成型技术应用效益较为显著的行业为汽车制造业，世界上几乎 所有著名的汽车生产商都较早地引入快速成型技术辅助其新车型的开发， 取得了显著的经济效益和时间效益。 现代汽车生产的特点就是产品的多型号、短周期。为了满足不同的 生产需求，就需要不断地改型。虽然现代计算机模拟技术不断完善，可以 完成各种动力、强度、刚度分析，但研究开发中仍需要做成实物已验证其 外观形象、工装可安装性和可拆卸性。对 于形状、结构十分复杂的零件，可以采用 快速成型技术制作零件原型以验证设计人 员的设计思想，并利用零件原型做功能性 和装配性检验。右图为采用光固化快速成 型及技术制造的汽车水箱面罩原型。
快速成型技术原理及应用
快速成型技术原理及应用快速成型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。
成型原理：基于离散-叠加原理而实现快速加工原型或零件特点：不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件简介：(Rapid Prototyping&Manufacturing, 缩写为RP)是二十世纪八十年代末九十年代初兴起并迅速发展起来的新的先进制造技术. 其特点是可以不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件, 从而在小批量产品生产或新产品试制时节省时间和初始投资.这里所说的快速加工原型是指能代表一切性质和功能的实验件,一般数量较少,常用来在新产品试制时作评价之用. 而这里所说的快速成型零件是指最终产品,已经具有最佳的特性,功能和经济性.快速成型技术(RP)的成型过程: 首先建立目标件的三维计算机辅助设计(CAD 3D)模型, 然后对该实体模型在计算机内进行模拟切片分层,沿同一方向(比如Z轴)将CAD 实体模型离散为一片片很薄的平行平面; 把这些薄平面的数据信息传输给快速成型系统中的工作执行部件,将控制成型系统所用的成型原材料有规律地一层层复现原来的薄平面, 并层层堆积形成实际的三维实体,最后经过处理成为实际零件.经过20多年的发展, 快速成型技术(RP)有较大发展, 应用非常广泛,尤其在汽车制造,航天航空,建筑,家电,卫生医疗及娱乐等领域有强大的应用.目前基于快速成型技术(RP)开发的工艺种类较多, 可以分别按所用材料划分, 成型方法划分等.1) 利用激光或其它光源的成型工艺的成型:---（SL）---（简称LOM)---（简称SLS)---形状层积技术(简称SDM);2) 利用原材料喷射工艺的成型:---（简称FDM)---三维印刷技术(简称3DP)其它类型工艺有:---树脂热固化成型 (LTP)---实体掩模成型 (SGC)---弹射颗粒成型 (BFM)---空间成型 (SF)---实体薄片成型 (SFP)应用：RPM技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品（包括产品的更新换代）开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计（或改型设计），造型设计，结构设计，基本功能评估，模拟样件试制这段开发过程。
sls工艺技术特点
sls工艺技术特点SLM（Selective Laser Melting，选择性激光熔化）工艺是一种3D打印技术，也称为SLM 3D打印。
它采用激光束将金属粉末逐层熔化，将其固化成所需的形状。
SLM工艺具有以下几个特点：首先，SLM工艺可以制造复杂的零件。
由于SLM是逐层堆叠的技术，可以实现非常复杂的设计。
相比传统的加工方法，SLM可以制造出更加复杂和精确的几何形状，包括内部结构和空隙。
其次，SLM工艺适用于多种材料。
SLM可以用于制造各种金属材料，如不锈钢、高温合金、钛合金等。
这使得SLM工艺在航空航天、汽车、医疗器械等行业有广泛的应用。
第三，SLM工艺可以实现快速制造。
SLM是一种快速的制造技术，可以大大减少制造时间。
传统的制造方法可能需要数天甚至数周才能完成一个零件的制造，而SLM可以在几个小时内完成。
第四，SLM工艺可以减少材料浪费。
传统的加工方法常常需要将原材料切割或切割成所需形状，这会导致大量的材料浪费。
而SLM工艺是直接将金属粉末熔化成形，几乎没有浪费。
第五，SLM工艺可以实现个性化制造。
由于SLM工艺可以制造复杂的几何形状，因此可以轻松实现个性化制造。
根据用户的要求，可以定制各种形状和尺寸的零件。
第六，SLM工艺可以降低制造成本。
尽管SLM设备和材料的成本较高，但由于可以减少制造时间和材料浪费，SLM工艺可以在长期使用中降低制造成本。
总之，SLM工艺是一种高效、灵活和经济的制造技术。
它可以制造复杂的零件，适用于多种材料，实现快速制造，减少材料浪费，并实现个性化制造。
随着SLM技术的不断发展和成熟，相信它会在各行各业得到广泛应用。
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激光快速成型（SLS）技术在汽车领域的应用
湖南华曙公司采用的选择性粉末激光烧结（SLS）技术是行业领先的柔性智能制造技术，广泛服务于汽车制造、飞机工程、消费电子、精密传感等诸多领域。
快速制造（RM）激光装备欧美等国07年一年新增近2000台，制成产品已经大量出现在飞机、汽车、大型仪器、仪表等领域，由于不需要模具，从CAD文件到产品可在15小时之内出货，对我们这个传统的制造业大国产生了强烈的冲击，庞大的市场需求与国产设备的极缺造成的反差，无论是激光装备国产化市场还是产品市场都给我们留出了宝贵的市场机遇。
我们项目正是在国内批量制造RM设备并承接RM产品制造服务，并力争建成全国领先的产业集群，国家工程技术中心。
汽车设计和塑胶件批量制造中应用
汽车外形及内饰件的设计、改型、装配试验，发动机、汽缸头等复杂外型的试制。
作为设计验证和评估的手段，激光快速成型已经用于国内外汽车产业中，
●例如美国克莱斯勒公司已制造车身模型，将其放在高速风洞中进行空气动力学试验分析，取得了令人满意的效果，大大节约了试验费用。
●汽车发动机进气管内腔形状是由十分复杂的自由曲面构成的，它对提高进气效率、燃烧过程有十分重要的影响。
设计过程中，需要对不同的进气管方案做气道试验，传统的方法是用手工方法加工出由几十
个截面来描述的气管木模或石膏模，再用砂模铸造进气管，加工中，木模工对图纸的理解和本身的技术水平常导致零件与设计意图的偏离，有时这种误差的影响是显著的。
使用数控加工虽然能较好地反映出设计意图，但其准备时间长，特别是几何形状复杂时更是如此。
英国Rover公司使用激光快速成型技术生产进气管的外模及内腔模，取得了令人满意的效果。
●在汽车模具制造中应用本激光快速成型技术，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5万件工件。
也可以结合其他技术来制作钢质模具，实现金属模的快速制造。
或者直接制造出复形精度较高的EDM电极，用于注塑模、锻模、压铸等钢制模具型腔的加工。
一个中等大小、较为复杂的电极一般4～8h即可完成，复形精度完全满足工程要求。
福特汽车公司用此技术制造汽车模具取得了满意的效果。
上海交通大学也已通过RP与精密铸造结合的方法为汽车及汽车轮胎等行业生产进口替代模具计80余副。
与传统机加工法相比，快速模具制造的制作成本及周期大大降低。
我国每年需进口模具达几十亿美元，主要是复杂模具和精密模具，因此，激光快速成型技术在未来的汽车模具制造业中的应用前景十分广阔。
●在汽车灯具制造上的应用汽车灯具大多数的形状是不规则的,曲面复杂,模具制造难度很大。
通过快速成型技术,可以很快得到精确的产品试样,为模具设计CAD和CAM提供了有利的参考。
同时,也可以通过快速成型技术,用熔模铸造的方法快速、高精度地制造出灯具模具。
下图是3D等公司采用激光分层技术制作的汽车部件：
总之，国外的车身模具开发都可以在比较短的时间内完成。
5年前，全球完成车身模具开发的时间大概需要24个月，3年前需要18个月，现在仅仅需要12个月。
目前，日本的开发速度是最快的，只需8个月。
中国这种开发速度要慢很多。
2004年模具产值达530多亿元，比原来“十五”规划的2005年490亿元的目标多出40多亿元。
其中汽车覆盖件模具的年均增幅还要高于行业总水平，这几年年均增长率接近20%。
衡量一个国家汽车工业的综合竞争实力，不能光从汽车生产的数量来看，更要从汽车自主开发、制造水平及能力等方面综合考虑。
由于汽车生产中 90%以上的零部件都要依赖模具成型，可以说，汽车模具技术是汽车制造业重要的工艺基础，是与世界汽车制
造行业竞争的根本条件。
目前中国汽车模具技术水平和能力虽然经过十几年发展，进步很快，但在世界汽车制造业中仍处于中低水平。
只有采用先进的激光快速成型技术才能大大缩短开发时间，提升中国汽车产业制造水平。