金属粉末激光快速成形技术及发展现状
激光选区熔化成形技术的发展现状及研究进展
一、激光选区熔化成形技术简介
激光选区熔化成形技术是一种将粉末材料逐层堆积成形的工艺方法。在加工 过程中，高能量密度的激光束对金属粉末进行扫描和熔化，并在短时间内快速冷 却凝固，逐层堆积成复杂的三维零件。该技术具有高精度、高速度和高效率等特 点，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
二、发展现状
3、铝合金选区激光熔化成形的 力学性能与显微组织
选区激光熔化成形的铝合金材料具有较高的强度和硬度，同时具有良好的耐 磨性和耐腐蚀性。研究者们通过研究不同工艺参数对铝合金显微组织和力学性能 的影响，揭示了显微组织和力学性能之间的内在。例如，通过优化工艺参数，可 以得到细小的晶粒和均匀的相分布，从而提高材料的力学性能。
1、铝合金粉末制备与特性
选区激光熔化成形铝合金的关键之一是制备高质量的铝合金粉末。目前，铝 合金粉末的制备方法主要包括雾化法、机械合金化法、化学法等。其中，雾化法 作为一种常用的制备方法，得到的粉末具有球形度高、粒径分布窄、成分均匀等 优点。然而，雾化法也存在一定的局限性，如设备成本高、生产效率低等。因此， 研究不同制备方法对铝合金粉末特性的影响，有助于优化选区激光熔化成形的材 料体系。
激光选区熔化成形技术的发展现状 及研究进展
目录
01 一、激光选区熔化成 形技术简介
02 二、发展现状
03 三、研究进展
04 四、结论
05 参考内容
激光选区熔化成形技术（Selective Laser Melting，SLM）是一种重要的 金属加工和增材制造技术。自20世纪90年代初问世以来，该技术在全球范围内得 到了广泛和研究。本次演示将介绍激光选区熔化成形技术的发展现状及研究进展。
参考内容
随着制造业的快速发展，选区激光熔化成形（Selective Laser Melting, SLM）技术作为一种先进的金属成形方法，在近年来得到了广泛和应用。该技术 主要利用高能量激光束对金属粉末进行逐层选择性熔化，实现复杂形状零件的近 净成形。铝合金作为一种轻质、高强、耐腐蚀的材料，在航空、航天、汽车等领 域具有广泛的应用前景。本次演示将综述近年来选区激光熔化成形铝合金材料体 系的研究进展，主要包括以下几个方面：
激光快速成形技术的研究现状与发展趋势
激光快速成形技术的研究现状与发展趋势激光快速成形技术成为目前以钛合金为代表的金属零件制造的重要手段，文章系统地介绍国内外该技术的研究县长，指出了该技术在航空航天领域应用中存在的问题，对其发展趋势给出了科学预测和对策。
标签：激光；快速成形；钛合金引言激光快速成形技术产生于上个世纪八十年代，与传统减式成形相比，由于其独特的成形思路，灵活快捷的制造方法，能达到所想即所得。
到九十年代，激光快速成形技术风行全世界。
近几年，以新型飞机机体、新一代大推重比航空发动机的研制为背景，由于激光快速成形技术在不需要大型加工设备和工装的情况下，快速高效地制造出致密度较高的金属零件，使得该项技术进入了一个新的发展阶段。
以钛合金为代表的高温合金在航空航天领域的诸多重要应用，使得钛合金激光快速成形为新的研究热点，这些重大技术需求有力地推动了金属材料激光快速成形技术在航空航天重大工程中的应用[1-3]。
同时，随着技术的进步，一些对于金属材料增量制造的技术难点，看起来也不是不可克服，这为以金属材料为主的激光快速成形技术迎来了新的发展机遇。
我国在激光快速成形技术方面取得了不少成果。
但是，与世界先进水平相比还有较大的差距。
因此，研究其国内外的研究现状和发展趋势，对我国激光快速成形水平的提高具有重要的理论意义和实用价值。
文章论述了激光快速成形技术的研究现状，指出了激光快速成形技术领域存在的问题，对该领域的发展趋势进行了科学预测。
1 激光快速成形技术的现状与发展1.1 国外研究现状国外对于激光快速成形技术的研究最早开始于1979年，美国联合技术公司利用高能束沉积多层金属来获得大体积金属零件，可以看作是金属零件激光增量制造技术的雏形。
1982年他们把该项技术命名为“LAYERGLAZE”。
九十年代中期，美国联合技术公司与美国桑地亚国家实验室合作开发了使用Nd：YAG固体激光器和同步粉末输送系统的全新理念的激光工程化净成形技术，成功的把同步送粉激光熔覆技术和选择性激光烧结技术融合成先进的激光快速成形技术，使激光快速成形技术进入了崭新发展阶段[4]。
激光立体成形技术的发展现状与趋势
激光立体成形技术的发展现状与趋势近年来，激光立体成形技术得到发达国家政府、大企业和研究机构的高度重视。
作为美国制造业振兴计划“We Can't Wait”项目的一部分,美国政府于20xx年8月高调宣布成立国家增材制造创新研究所(NAMII ：National Additive Manufacturing Innovation Institute )，其第一阶段的政府和民间投资为7000万美元。
奥巴马总统强调这个研究所的成立是强化美国制造业的步骤。
在空客于2006年启动的集成机翼计划(Integrated Wing ATVP，第一阶段总经费3400万英镑)中，英国焊接研究所(TWI)承担起落架激光成形研发工作，经费400万英镑，TWI为此建立了两套激光成形装备。
南非科技与工业研究院(CSIR)下属的国家激光中心与南非航空制造公司Aerosud将合作开展Aeroswift项目研究。
Aeroswift的目标是，自主开发高速度、大体积的高性能金属零件激光添加材料制造(LAM)系统，为全球航空工业制造钛金属材料配件，并力争在未来三年内，使Aerosud成为全球航空结构材料制造领域的领军者。
Aeroswift的目标是直接加工2m×0.5m×0.5m的零件。
为此，南非科技部已经投入了2800万兰特(约合1712万元人民币)，并且预计他们的LAM制造体系将在20xx 年底至20xx年初完成组建和试验工作，然后开始优化和工艺鉴定，希望从20xx年开始全面生产。
美国波音公司、洛克希德·马丁公司、通用电气航空发动机公司、Sandia国家实验室和Los Alomos国家实验室、欧洲EADS公司、英国罗罗公司、法国SAFRAN公司、意大利AVIO公司、加拿大国家研究院、澳大利亚国家科学研究中心等大型公司和国家研究机构都对激光立体成形技术及其在航空航天领域的应用开展了大量研究工作。
参与这项研究的世界著名大学更是数不胜数。
金属粉末激光快速成形技术及发展现状
金属粉末激光快速成形技术及发展现状
尚晓峰;韩冬雪;于福鑫
【期刊名称】《机电产品开发与创新》
【年(卷),期】2010(023)005
【摘要】金属粉末激光快速成形技术是在快速原型技术和激光熔覆技术基础上发展起来的一项先进制造技术.鉴于它与传统制造相比所具有的突出优点,各研究机构竞相研究.其中美国激光工程化近净成形(LENS )快速制造技术、LasformTM技术和金属直接沉积技术(DMD)代表了当今金属粉末激光快速成形技术发展趋势.论文介绍了我校实验室在这方面所做的一些研究工作.
【总页数】3页(P14-16)
【作者】尚晓峰;韩冬雪;于福鑫
【作者单位】沈阳航空航天大学,机电工程学院,辽宁,沈阳,110136;沈阳航空航天大学,机电工程学院,辽宁,沈阳,110136;沈阳航空航天大学,机电工程学院,辽宁,沈阳,110136
【正文语种】中文
【中图分类】TH-39
【相关文献】
1.大功率激光精密熔覆金属粉末快速成形技术发展现状 [J], 黄家胜;石世宏;孙承峰
2.金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展 [J], 王华明
3.应用激光扫描法测量激光快速成形技术制作全口义齿钛基托的适合性研究 [J], 吴江;赵湘辉;沈丽娟;高勃
4.金属粉末激光烧结快速原型制造技术发展现状 [J], 尹贻国;白培康;刘斌
5.激光能量密度对金属粉末直接激光烧结球化的影响 [J], 杨文庆;卢军
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光快速成形技术最新发展及应用
代了液态光聚合物 ， 以一定的扫描速度和能量作用 并 于粉末材料 。该技术具有原材料选择广泛 、 多余材料
易于清理 、 应用 范围广等优点 ， 适用 于原 型及功能零 件的制造。在成形过程中， 激光工作参数 以及粉末的
特性 和烧 结气 氛是 影响烧结 成 形质量 的重 要参 数 。 ２３ 激 光熔 覆成形 （ ＣＦ） ． Ｌ 技术
低、 多孔隙 、 强度较低 。要提高烧结零件强度 ， 必须进 行后处理 ， 如浸渗树脂 、 低熔点金属 ， 或进行热等静压
处 理 。但 这些 后处 理 会改变金 属零 件 的精度 。 ２５ 激光薄 片叠 层制 造 （ ＯＭ ） ． Ｌ 技术
交通 大学 也研制成功 了立体光造 型机 Ｌ ＳＯ Ａ 目 Ｐ ６Ｏ 。
得 到 了广泛 的使用 。 ２６ 激光诱 发 热应 力成形 （ Ｆ） ． Ｌ 技术
Ｓ Ａ技术用于汽车发动机进气管试验。进气管内 Ｌ 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
能够很好地控制 ， 能保证聚合反应不发生在激光点之 外， 因而加工精度高 ， 表面质量好 ， 原材料的利用 率接 近 １０ 能制造形状复杂 、 ０ ％， 精细的零件 ， 效率高。对于 尺寸较大 的零件 ， 则可采用先分块成形然后粘接的方 法进行制作。 美国、 日本 、 国 、 德 比利 时等 都投入 了大量 的人 力、 物力研究该技术 ， 并不断有新产品问世。我国西安
率、 光斑 大小 、 强 分布 、 描 速度 、 描 间 隔 、 描方 光 扫 扫 扫
２ 激 光快 速成 形最 新技 术
２１立体光造型（Ｌ ） ． Ｓ Ａ 技术 ＳＡ技术又称光 固化快速成形技术 ， Ｌ 其原理是计
激光熔凝技术
激光熔凝技术《激光熔凝技术的应用与发展》激光熔凝技术是一种先进的金属添加制造技术，通过激光束将金属粉末熔化并凝固成形，能够实现高精度、定制化制造，并在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域得到广泛应用。
本文将从激光熔凝技术的原理、应用及发展前景等方面展开阐述。
一、激光熔凝技术的原理激光熔凝技术是一种层析加工技术，其原理是利用高能密度的激光束，将金属粉末局部加热到熔化温度，然后迅速凝固成形。
该技术具有以下特点：1. 高能密度：激光束能够提供高能密度的热源，实现金属粉末的快速熔化和凝固；2. 精密控制：激光束的焦点可以实现微米级的定位和控制，可以精确加工复杂的结构和形状；3. 适用范围广：激光熔凝技术可以加工多种金属材料，包括钛合金、不锈钢、铝合金等。
二、激光熔凝技术的应用1. 航空航天领域：激光熔凝技术可以制造复杂叶片、涡轮零部件等航空发动机零部件，提高零部件的抗疲劳性能和耐热性能；2. 汽车制造领域：激光熔凝技术可以制造轻量化、高强度的汽车零部件，如车身结构件、引擎缸体等；3. 医疗器械领域：激光熔凝技术可以制造个性化的假体和种植物，提高植入物的适配性和生物相容性。
三、激光熔凝技术的发展前景随着制造业的智能化和个性化需求的增加，激光熔凝技术将在未来取得更广泛的应用，其发展前景如下：1. 制造定制化产品：激光熔凝技术可以根据用户需求，实现定制化产品的快速制造，满足个性化需求；2. 提高制造效率：激光熔凝技术可以实现快速、高效的制造过程，缩短产品的开发周期，提高制造效率；3. 促进创新设计：激光熔凝技术可以制造复杂结构的零部件，促进设计师提出更具创新性的设计方案。
总结：激光熔凝技术作为一种先进的金属添加制造技术，具有高精度、定制化、高效率的特点，将在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域得到广泛应用，并在未来取得更广阔的发展前景。
新型激光快速成形技术在金属新材料制造中的应用前景
新型激光快速成形技术在金属新材料制造中的应用前景新型激光快速成形技术在金属新材料制造中的应用前景激光快速成形（Laser-based Additive Manufacturing，简称LAM）是一种基于激光技术的金属新材料制造方法，它通过以粉末形式提供金属材料，并使用高能激光束将其熔化和固化，逐层堆积成所需的三维结构。
该技术具有快速、高效、高精度等优点，已经在许多领域得到广泛应用，并在金属新材料制造中具有重要的应用前景。
首先，激光快速成形技术可以实现金属新材料的高度定制化。
传统金属制造方法通常需要使用模具或工艺流程，限制了产品形状和复杂度。
而激光快速成形技术可以通过控制激光束的运动路径和参数，实现几乎任意形状和复杂度的金属制品制造。
这使得金属制品能够更好地适应各种应用需求，提高了产品的灵活性。
其次，激光快速成形技术可以实现金属新材料的优化设计。
在传统的金属制造中，大多数零部件都是由多个零部件组装而成，这会导致部件之间存在接口问题，限制了产品性能的提升。
而LAM技术可以通过一体化制造，将多个零部件合并成为一个整体，消除了接口问题，提高了零部件的性能和可靠性。
此外，LAM技术还可以通过内部空腔和结构优化，减少零部件的重量，提高产品的强度、刚度和耐用性。
第三，激光快速成形技术可以实现金属新材料的多功能集成。
传统金属制造需要通过多道工艺流程制造不同功能的器件，并且组装耗时耗力。
而LAM技术可以在同一制造过程中实现多功能器件的制造，大大简化了制造流程，提高了生产效率。
例如，激光快速成形技术可以制造具有传热功能的热交换器、具有传导功能的散热器等，可以广泛应用于航空航天、能源、汽车等领域。
第四，LAM技术还可以实现金属新材料的快速原型制造和小批量生产。
在传统金属制造中，制造一个新产品需要设计模具、制造模具、调试生产工艺等一系列繁琐的步骤，需要很长时间和高昂的成本。
而激光快速成形技术可以直接基于三维模型制造金属制品，无需模具，使产品开发和生产周期大大缩短，降低了产品开发和制造的成本，提高了市场反应速度。
金属粉末激光快速成形技术及发展现状
Ｍ ｅ ａ ｏ ｅ ｓ ｒ Ｓ ａ ｉ ｇ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ：ｎ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔＳ ａ ｕ ｔ ｌＰ ｗｄ ｒ Ｌａ ｅ ｈ ｐ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｄ Ｄｅ ｅ ｏ ｍ ｎ ｔ ｔ ｓ
ｒｐｒｓｎｔｎｏ ｄ ｙ ｄ ｖ ｌ ｍ ｅ ｅ ｅ ｃ ｆｍ ｅａ？ ｏ ｄ ｒｌｓ ｒｓ ｐｎｇ ｔｃ ｏ ｏ ．Ａｔｌｓ，ｔ ｓｐ ｐｅ ｎｔｏ ｕｃ ｓｔ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｕ ａ ｎ ｅ ｅｅ ｗａ ａ பைடு நூலகம் ｅｏｐ ｎｔｔｎｄ ｎ ｙ ｏ ｔ ｐ ｗ ｅ ？ ｅ ｈａ ｉ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｌ ａ ｙ ｔ ｈｉ ａ ｒｉ ｒ ｄ ｅ ｈｅ ｒｓａｃ ｆｏ ｒｌ ｉ ａ ｂ ｔ ｉ ｉｅｄ． ｈｓｆ ｌ Ｋｅ ｒ ｓ ａｅ ａ ｉ ｏｍ ｉ ｇ； ｌｓｒｃａ ｄｎｇ； ｄｓ ｒｅ ａ ｃ ｍ ｕａｅ ｏｍ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ：ｌｓ ｒｒｐ ｄｆ ｒ ｎ ａｅ ｌｄ ｉ ｉ ｓ ｄ／ ｃ ｕ ｐｅ ｌｔｄ ｆ ｒ ｎｇ； ｄ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔｔ ｓ ｅ ｅｏ ｍ ｎｔｓａｕ
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｍ ｅａ ｏ ｄ ｒｌｓｒｓ ｐｎ ｅ ｈ ｌｇ ｔａｔ ｔｌｐ ｗ ｅ ａｅ ｈａ ｉｇ ｔ ｃ ｎｏｏ ｙ ｗｈｉｈ ｄ ｖｅｏ ｄ ｏ ｈ ａｉ ｏ ａ ｉ ｏｔｔ ｐｎｇ ａ ｄ ｌｓｒｃ ｄ ｉ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｓａ ｄ ｃ ｅ ｌｐｅ ｎ ｔｅ ｂ ｓｓ ｆｒｐｄ ｐｒ ｏ ｙ ｉ ｎ ａｅ ｌ ｄｎｇ ｔｃ ｏ ｏ ａ ｙ ｉ ｎ ａ－ ｖａ ｃ ｄ ｍａ ｆｃｕ ｎ ｅ ｈ ｌｇ ．Ｃｏｎ ｉｅ ｎｇ ｉ ｓｉｇ ｉｈ ｄ ａ ｖ ｎｔｇ ｓｃ ｍ ｐ ｒｄ ｗ ｉ ｒ ｄｔ ａ ｎ ｆｃｕ ｅ ａｉ ｕ ｅｅ ｒｈ ｎｓ ｔ ｅ ｎ ｅ ｎｕａ ｔ ｒ ｇ ｔｃ ｎｏｏ ｉ ｙ ｓｄ ｒ ｔ ｄｉ ｎ ｕｓ ｅ ｄ ａ ａ ｅ ｏ ｉ ｓ ｔ ａｅ ｔ ｔａ ｉｏｎ ｌｍａ ｕ ａ ｔｒ ，ｖ ｒｏ ｓｒ ｓａｃ ｉ ｔ ｕｔｓ ｈ ｉ ｉ ｃ ｍ ｐ ｔ ｏ ｒｓ ａｃ Ａｍ ｏ ｈｅ ， ｓｒＥｎ ｉｅ ｒ ｔＳ ｐｎｇｄ ｖ ｌｐ ｄ ｂ ａ ｄ ａＮ ａｉ ｎ ｂ ｏｆｔ Ｓ Ｌａｅ ｒ ｎ ｅ ｌｐｅ ｙ ｏ ｅｅ ｔ ｅｅ ｒｈ． ｎｇｔ ｍ Ｌａｅ ｇｎ ｅ ｉ Ｎｅ ｈａ ｉ ｅ ｅｏ ｅ ｙ Ｓ ｎ ｔｏ ａ Ｌａ ｎｇ ｉ ｌ ｈｅＵ ， ｓ ｒＦｏ ｍｉ ｇ ｄ ｖｅｏ ｄ ｂ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ ｎｏｗａｄａｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ｍｅｔａｌ？ｐｏｗｄｅｒ？ｌａｓｅｒ ｓｈａｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｏｕｒ ｌａｂ ｉｎ
ｔｈｉｓ ６ｅｌｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒ ｒａｐｉｄ ｆｏｒｍｉｎｇ；ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ；ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ／ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｆｏｒｍｉｎｇ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｓｔａｔ＇ｔＢ
第２３卷第５期
兰Ｑ！里圭里旦
机电产品开发与钐）新
里！：！！！！竺！！！苎！！！！！竺！！！兰竺竺！！！！！苎旦！！！！！！！璺！！竺堡
文章编号：１００２－６６７３（２０１０）０５—０１４－０３
金属粉末激光快速成形技术及发展现状
尚晓峰，韩冬雪，于福鑫
（沈阳航空航天大学机电工程学院，辽宁沈阳１１０１３６）
体修复。
３国内外研究现状
３．１ ＬＥＮＳ成形技术的研究
ＳｈａｐｉｎｒＬＥＮＳ⑧）的快速制 由美国Ｓａｎｄｉａ国家实验室发展名为激光工程化近净
成形（Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｎｅｔ 造技术．其基本原理是先将ＣＡＤ模型沿高度方向进行 水平切片．四个喷嘴将粉末流直接汇聚到喷嘴下方的一 个中心点，进入基材上由高能激光束加热熔化形成的熔 池中，通过基材相对喷嘴的移动，层层堆积金属并最终 形成零件。ＬＥＮＳ系统主要由四个部分组成：连续Ｎｄ： ＹＡＧ固体激光器、可调整气体成分的手套箱、多轴数控 系统和送粉系统。采用波长为１．０６４１ｘｍ的ＹＡＧ激光器 以利于金属元素对激光热辐射的吸收，使用焦距为６英 寸的平凸透镜．将激光束聚焦到加工平面上，使能量集 中在很小的光斑上。一方面减少了热影响区，另一方面 提高加工精度；为了避免加工过程中金属材料与空气中 的氧、氮等元素发生反应，整个加工过程均在惰性气氛 保护下的手套箱中进行。通过工艺参数的调整，成形件 最小特征尺寸可达０．０３英寸：通过对控制软件进行研究 和改进．有效地提高了该技术的加工精度，到１９９９年 为止，其零件的加工精度在Ｘ和Ｙ方向已达０．０５ｍｍ，Ｚ 轴精度为０．４ｍｍ．表面粗糙度达到６．２５１ｘｍ。在送粉方 面。通过调节送粉率。逐渐改变粉末的成分，在一个零 件中实现了材料成分的连续变化。可进行功能梯度材料 和复合材料的制造。如图２所示的样件展示了Ｓａｎｄｉａ国 家实验室ＬＥＮＳ技术的制造灵活性。
瓦面存面云ｈ酾鬲孬夏萄再页夏———］ｃｏ：激光器，最
粉末利用率ｌ ５０％～７０％（根据不同零件变化）１大扫描速度达到
对比工艺 Ｉ数控铣／电火花／磨削
１７０ｍｍ／ｓ， 加工
零件体积范围为（１ｘ０．５ｘ０．５）Ｉｎ３，采用５轴数控加工中
心，可以灵活沉积金属粉末以成形复杂的功能零件。
３．４基于ＳＤＭ原理的成形材料及零件的研究
收稿日期：２０１０—０８—２０ 作者简介：尚晓峰（１９７２－），男，辽宁海城人，博士后，副 教授。研究生导师。主要从事金属激光快速成形技术研究， 发表论文三十多篇；韩冬雪（１９８５－），男，辽宁绥中人，在 读硕士研究生。主要从事激光快速原型与反求工程研究。
发周期、降低生产成本，同时能提高材料的利用率、降 低能耗旧。
实时可调的新型送粉器．
构建了附带层面磨削机构
的金属零件激光快速程中温
度场、应力场合加工过程
图５ ＤＭＤ虹艺监控系统
Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＤＭＤ＠
中的实时闭环控制系统进 行了大量的研究，研究了 不锈钢、镍基合金和钴基
Ｖ０１．２３，Ｎｏ．５
璺皇巳：！兰Ｑ！旦
摘要：金属粉末激光快速成形技术是在快速原型技术和激光熔覆技术基础上发展起来的一项先进制造技
术。鉴于它与传统制造相比所具有的突出优点，各研究机构竞相研究。其中美国激光工程化近净成
形（ＬＥＮＳ＠）快速制造技术、ｈｆＩｏ砌一技术和金属直接沉积技术（ＤＭＤ）代表了当今金属粉末激光快
０引言
金属粉末激光快速成形技术．又称激光直接金属快 速成形技术，它是在快速原型ＲＰ（Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ） 技术和激光熔覆技术基础上发展起来的一项先进制造技 术，能将计算机生成的三维模型直接制造出来，实现结 构复杂、高性能金属零件的无模具快速成形。该技术不 仅可用于直接快速制造具有一定机械强度、能承受较大 力学载荷的金属零件。也可用于零件上具有复杂形状、 一定深度制造缺陷、误加工或服役损伤的修复和再制 造，以及大量投产前的设计修改，显著地缩短了产品研
１４
万方数据
·开发与创新·
原理如图１所示暇。
２金属粉末激光快 速成形技术的特点
由于采用离散／堆积 成形的思想．与其它传 统制造技术相比，金属 粉末激光快速成形技术 有以下突出优点【硐：
图１金属粉末激光快速成形原理①制造过程具有高度的 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆｍｅｔａｌｌｉｃ ｐｏｗｄｅｒ柔性；（爹生产周期短，
代成形机８５０一Ｒ，由ｌ一２ＫＷ的光纤激光器、５轴联动龙 门式数控系统、双料送粉系统和惰性气体手套箱组成． 能够实现钛合金、不锈钢和镍基合金等金属材料的快速
成形。为了提高成形精度．ＬＥＮＳ‘啦备集成了沉寂高度
控制系统和熔池闭环控制系统．通过对成形过程中的热 效应和几何效应进行补偿．使零件成形精度得到提高， 表面粗糙度可达４．６８～１１．７“ｍ，沉积率为０．５ｋｇ／ｈ。ＬＥＮＳ 装备以其技术先进性和良好的稳定性．在国际市场上已 占有一定地位［６１。 ３．２ Ｌａｓｅｒｆｏｒｍ成形技术的研究
接沉积技术ＤＭＤ＠，它是一种由ＣＡＤ文件驱动的金属
沉积方法，集成了ＣＡＤ、ＣＡＭ、工业激光、粉末冶金技
术、计算机数控等多种技术。能直接制造出近形金属零
件。在成形精度控制方面，ＤＭＤ⑩专门配备有光学反馈
控制系统ｆ１０１，其原理如图５所示，通过ｉ个夹角为１２００
的ＣＣＤ摄象机，从成形件的不同角度来监控熔池信息
１金属粉末激光快速成形技术的基本原理
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。成形时具有一定功率密 度的激光束照射到基材表面形成熔池。同时金属粉末由 送粉器送出，经送粉管路输送到同轴送粉头并进入熔池 形成熔覆层．根据ＣＡＤ给定的各层截面的路径规划。 在ＮＣ的控制下使送粉头相对于工作台运动。将金属材 料逐层扫描堆积，最后制造出金属实体零件旧。为防止某 些金属在成形的过程中氧化，以上过程可在一个气氛可 控的保护箱中进行．或采用其它手段来进行保护，使激 光成形过程中的金属不被氧化。金属粉末激光快速成形
ｗｉｔｈ ｌａｓｅｒ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ 加工效率高；③具有很 高的设计灵活性．真正
意义上实现了数字化、智能化和并行化制造；④成形材 料广泛．可实现多种材料以任意方式复合的成形技术； ⑤所制造的零件具有较高的综合力学性能，强度高，耐 腐蚀性好；⑥应用范围广，不仅可以用于金属零件的快 速制造．而且还可用于再制造工程中大型金属零件的立
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）公司，专门从事ＤＭＤ＠技术在商业
表１ ＤＭＤ成形效率
和国防等领域的
Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＤＭＤ ｆｏｒｍｉｎｇ应用推广工作。
尝篓｝挫型业塑Ｌ二ＤＭＤ５０００使用 项目
参数
ＰＯＭ公司开发
塑塑皇 ｌ！兰二！竺！竺塑
Ｉ的最新设备
ｉ光百斑直 画径面—１１－如５Ｍｉｉｌｌｉ石磊■————１功率达６Ｋ…Ｗ’的’
（包括熔池的形状、温度等），将实际尺寸与理想尺寸比对
和计算，来调整送粉率、扫描速度和激光功率等工艺参
数，保证成形件质量和精度的稳定性。ＤＭＤ⑧成形材料的
种类范围很广．包括不锈钢、工具钢、镍基合金以及其它
高温合金等，其成形效率如表Ｉｔ，ｏｌ所示。
１９９８年。美国Ｍｉｃｈｉｇａｎ大学成立了ＰＯＭ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
中国科学院沈阳自动化研究所将材料去除加工和堆
积加工的原理相结合，开展了基于形状沉积制造ＳＤＭ
（Ｓｈａｐｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）原理的金属粉末激光
成形技术ＭＰＬＳ（Ｍｅｔａｌ Ｐｏｗｄｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｓｈａｐｉｎｇ）研究工作， 开发了能同时输送三种不
同金属粉末并且粉末比例
图４Ｌａｓｅｒｆ０哪“成形技术 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ Ｌａｓｅｒ ｆ０珊删ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
１５
万方数据
·开发与创新·
近年．ＡｅｒｏＭｅｔ公司生产的三个ＴＣ４激光快速成形
件已获准在实际飞机上使用，其制造成本降低２０％一
４０％．生产周期也缩短８０％。
３．３ ＤＭＤ成形技术的研究
美国密歇根大学Ｍａｚｕｍｄｅｒ等人研究开发了金属直
ＳＨＡＮＧ Ｘｉａｏ－Ｆｅｎｇ，ＨＡ Ｎ Ｄｏｎｇ－Ｘｕｅ，ＹＵ Ｆｕ－Ｘｉｎ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｈｏｎｉｎｇ １１０１３６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅｔａｌ ｐｏｗｄｅｒ ｌａｓｅｒ ｓｈａｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ａｎｄ ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｌｌ ａｄ－ ｖａｎｃｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｉｔｓ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔＩｌ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍａｎｕ６ｃｍｒｅ．ｖａｒｉｏｕｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｃｏｍｐｅｔｅ ｔＯ ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ａｍｏｎｇ ｔｈｅｍ，Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｎｅｔ Ｓｈａｐｉｎｇ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ Ｓａｎｄｉａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂ ｏｆ ｔｈｅ ＵＳ，Ｌａｓｅｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ＡｅｒｏＭｅｔ ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ ｔｈｅ ＵＳ ａｎｄ Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｃｈｉｇａｎ