激光熔融快速成型技术
快速成型技术
金属直接成形：
金属合金粉末的直接烧结。该方法基于SLS (激光选择性烧 结) 工艺。美国Austin大学在这方面进行了大量的研究，并 研制了成形高温材料的烧结设备。
用金属丝线，利用堆焊的方法成形金属零件。英国的 Nottingham 大学正在进行这方面的研究。
用激光切割金属板材，并用激光焊接的方法将各层截面连 接起来。
CT图像
点云
曲面
RP模型
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基于快速成型的人工生物活性骨骼制造原理
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生物材料快速成型机
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网状弹力绷带和弹力网帽
升降颈托 （高分子）
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（四）微型机械/零件制造的研究开发
采用激光熔化金属粉末材料直接制造金属零件是RP技 术向RM发展的必然趋势，也是世界各国研究开发的热点。 微型部件，薄壁金属零部件，通信产品零部件等难于用传统 方法加工，适合于光化学快速成型。
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(一)产品开发过程中的设计评价和功能测试
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检验发动机外壳和管接头的装配情况
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奇瑞发动机进气管（石膏型铸造 ）
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发动机叶轮
风洞实验/寿命计算和热量计算 30
(二)快速制造模具及复杂金属零件（小批量）
蜡模
金刚砂模
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制作周期：10天 32
坦克发动机部件
飞机发动机部件
微型光快速成型CAD/CAM技术研究，是我国国防科工 委青年基金项目的一部分。采用激光直接烧结微细金属粉末 技术可以制造三维微型机械。
利用微纳粉末金属材料进行微成型目前尚处于探索阶段。 目前已经成功制作出壁厚只有100μm左右的微小金属件。
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桌面制造系统是RP领域产品开发的一个热点。RP设备系 统作为CAD系统三维图形输出的外设而被人们接受。而桌面系 统要求体积小，操作、维护简单，噪音、污染少，对环境无特 别要求，且成形速度快，但精度要求适当降低。美国Sanders Prototype 公司推出了廉价的桌面系统Model Maker。
熔融沉积快速成型
4 造型 产品的造型包括两个方面:支撑制作和实体制作。 5 后处理
快速成型的后处理主要是对成型进行表面处理。去 除实体的支撑部分，对部分实体表面进行处理，使成 型精度、表面粗糙度等达到要求。
四 FDM成型技术的特点
4.1FDM成型技术的优点
材料一般无毒，可在家里或者密闭环 境中操作。 可以成型任意复杂程度的零件，常用 于成型具有很复杂的内腔、孔等零件。 原村料在成型过程中无化学变化，制 件的翘曲变形小。 原材料利用率高，且材料寿命长。 支撑去除简单．无需化学清洗，分离 容易。
下图给出了采用FDM工艺制作的多种原型。
6.2 主要材料
主要为丝状热塑性材料，常用的有石蜡、 塑料、尼龙丝等低熔点材料和低熔点金属、 陶瓷等的线材或丝材。在熔丝线材方面， 主要材料是ABS、人造橡胶、铸蜡和聚酯 热塑性塑料。
目前用于FDM的材料主要是美国 Stratasys公司的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 聚合物细丝（ABS P400）、甲基丙酸烯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物细丝 （ABSi P500，医用）、消失模铸造蜡丝 （ICW06 wax）、塑胶丝（Elastomer E20）。
熔融沉积快速成型
目录
快速成型的基本原理
1 2
概念及简介
3 FDM工艺原理及过 4 程FDM成型技术的特点
5 FDM成型系统的组成
6 FDM成型材料
7 FDM快速成型技术的支撑
8 FDM 快速成型技术的应用
一、快速成型技术的原理
快速成形技术不同于传统的 通过去除材料来获得零件的方法， 而是在计算机控制下，基于离散 /堆积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 技术总称。
三 工艺原理及过程
3.1 工艺原理
EOS激光烧结快速成型MTechnologyCN讲课文档
—机械性能 • 抗拉强度:
• 屈服强度: • 弹性模量:
• 硬度:
约 400 Mpa 约200 Mpa 约80 Gpa 115 HV
—物理性能 • 最小剩余孔隙度: 8 % 通过微喷丸封闭表面气孔
• 大量部件通常使用Skin & Core建造策略 • 最高工作温度 400 °C
用DirectMetal 20制作的8件密码锁 来源: Morris Technologies
关键特性
— 机械性能 • 抗拉强度: • 屈服强度: • 弹性模量:
• 延伸率: • 硬度:
约 1000 MPa
约 520 Mpa 约 170 Gpa
约 25 % 约 230 HV
—物理/化学特性 • 建造时相对密度:
• 最高工作温度
• 高度可抛光
~ 100 %
550 °C
EOS StainlessSteel GP1制作的医疗器材 来源: PEP / DePuy
30 HRC
— 物理/化学特性
• 相对密度: ~ 100 %
—简单的热处理 (482 °C 时效 1 小时 + 空气冷却)
• 由于沉淀硬化，机械性能优越
• 时效处理前不需要固溶退火+淬火
1480 Mpa
1380 Mpa
>5%
硬化后
43 HRC
Source: EOS
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第18页，共27页。
EOS CobaltChrome MP1 – 钴铬钼合金材料
EOS激光烧结快速成型MTechnologyCN
第1页，共27页。
EOSINT M
直接金属激光烧结 (DMLS)
内容
— 背景 • DMLS是什么?
快速成型技术
其在处理速度上都可以很好的满足需求，而且时间跨度不大，有利于实现产品开发的高速闭环反馈。 其二：集成化，快速成型技术使得设计环节和制造环节达到了很好的统一，我们知道在快速 成型的操作过程中，计算机中
的CAD模型数据会通过软件转化的方式，自动生成数控指令，依据数据的转化实现对于部件的合理加工。由此看来设计和 制造之间的鸿沟不再存在，达到了高度的集约化。 其三：适用性，快速成型技术，适翻分层技术制造工艺，将复杂的三维切成二维来处理，极大的简化了加工流程，在不存 在三维刀具的干涉的前提下，高效的处理好复杂的中空结构。无论是从理论上来讲，还是从实践上来讲，其技术的适用性 可以应对任何的复杂构件制造。 其四：可调整性，快速成型技术，即真正意义上的数字化系统，是制造业中的利器，我们操作员仅仅需要合理设置一下相 关的参数和属性， 就可以有针对性的处理好各种产品的样品制造和小批量生产；而且在此过程中，保证了成型过程的柔韧 性。 其五：自动化，快速成型技术，实现了完全的自动化成型，只要操作人员输入相关的参数,在不需要多少干涉的情况下，实 现整个过程的自动运行。
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。
熔融沉积快速成型技术研究进展_吴涛
科技·探索·争鸣科技视界Science &Technology VisionScience &Technology Vision科技视界1熔融沉积快速成型简介基于CAD/CAM 技术的快速成型技术（又称3D 打印技术）近年来成为社会与科技热点。
该技术是利用CAD 模型驱动，通过特定材料运用逐层累积方式制作三维物理模型的先进制造技术[1]。
整个产品制造过程无需开发模具，利用计算机三维实体建模得到的模型即可直接打印制件，因此可以实现产品的快速制造。
熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling ，FDM)则是一种近十几年来得到迅速发展的快速成型制造工艺。
该工艺又叫熔丝沉积，它是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来，根据零件的分层截面信息，按照一定的路径，在成型板或工作台上进行逐层地涂覆。
由于热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面熔结在一起。
与SLA 、SLS 等工艺不同，熔融沉积在成型过程中不需要激光，设备维护方便，成型材料广泛，自动化程度高且占地面积小，目前被广泛应用于产品开发、快速模具制作、医疗器械的设计开发及人体器官的原型制作，代表着快速成型制造技术的一个重要发展方向。
但是，由于其成型过程为半固态到固态过程的转化，分层厚度不易降低以及热熔性材料冷却过程中的收缩等因素，使得成型件的精度难以得到保证，也制约了熔融沉积成型的发展。
目前国内外学者针对熔融沉积快速成型设备、材料、工艺以及数值模拟等方面开展了一系列研究并取得了阶段性成果。
2熔融沉积快速成型设备方面的研究进展当前FDM 设备制造系统应用最为广泛的主要是美国Stratasys 公司的产品,从1993年Stratasys 公司开发出第一台FDM1650机型以来，先后推出了FDM-2000，FDM-3000和FDM-8000机型。
四种常见快速成型技术
四种常见快速成型技术FDM丝状材料选择性熔覆（Fus ed Dep osi tion Mod eling）快速原型工艺是一种不依*激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理室，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料（如直径为1.78m m的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS（M AB S）材料具有较好的化学稳定性，可采用加码射线消毒，特别适用于医用。
但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。
FD M快速原型技术的优点是：1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配。
可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。
5、材料利用率高。
6、可选用多种材料，如可染色的A BS和医用A BS、PC、PP SF等。
FDM快速原型技术的缺点是：1、做小件或精细件时精度不如SLA，最高精度0.127mm。
2、速度较慢。
SL A敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereo litho gra phy）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
在树脂液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。
激光选取融化技术和激光粉末床熔化
激光选取融化技术和激光粉末床熔化激光选取融化技术和激光粉末床熔化是目前被广泛应用于金属制造领域的两项先进技术。
随着3D打印技术的不断发展，激光选取融化技术和激光粉末床熔化在金属制造领域中扮演的角色愈发重要。
本文将就这两种技术的原理、应用现状以及未来发展方向进行较深入的探讨。
首先，激光选取融化技术是一种通过激光束将金属粉末逐层烧结成零件的制造方法。
该技术通过激光束的高能量浓度和定向性，使得金属粉末在特定区域快速融化并凝固，最终形成所需的零件结构。
激光选取融化技术具有制造速度快、成型精度高、可以制造复杂结构等优点，因此在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域得到了广泛应用。
与之类似，激光粉末床熔化技术是一种通过在工件表面逐层喷撒金属粉末并利用激光束进行熔化的加工方法。
激光粉末床熔化技术在激光选取融化技术的基础上加入了床层金属粉末的使用，通过连续熔化并固化每一层金属粉末，最终实现零件的制造。
激光粉末床熔化技术具有工艺简单、适用性广泛、成本低廉等优点，适用于快速制造复杂零件和小批量生产。
然而，尽管激光选取融化技术和激光粉末床熔化技术在金属制造领域具有广阔的应用前景，但也存在一些挑战和问题需要克服。
首先是材料选择的问题。
由于激光的高能量密度和快速固化速度，金属材料需要具有良好的热导性和熔化性能才能适用于这两种技术。
其次是技术参数的优化问题。
激光选取融化技术和激光粉末床熔化技术的工艺参数对成形零件的质量和性能具有重要影响，因此需要不断优化和调整。
为了克服上述问题，研究人员们在近年来开展了大量的研究工作。
他们通过改进金属粉末的制备工艺、优化激光工艺参数、探索新型的合金材料等途径，不断提升激光选取融化技术和激光粉末床熔化技术的加工质量和效率。
同时，随着人工智能、大数据等技术的应用，激光金属制造技术也在不断向智能化、高效化的方向发展，为工业制造带来了新的机遇。
总的来说，激光选取融化技术和激光粉末床熔化技术作为当今金属制造领域的两项重要技术，在实践中已经取得了令人瞩目的成果。
选择性激光烧结快速成形技术
选择性激光烧结快速成形技术摘要：选择性激光烧结快速成形(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping)技术使用固体粉末材料，该材料在激光的照射下，能吸收能量。
发生熔融固化，从而完成层信息的成型。
这种方法适用的材料范围广(适用于聚合物、铸造用蜡、金属或陶瓷粉末)，特别是在金属和陶瓷材料的成型方面具有独特的优点，有着制造工艺简单，柔性度高、材料选择范围广、材料价格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特点。
本文就SLS的原理，优点，以及使用材料的发展做了简要概括，并对金属粉末的进行了重点讨论。
关键字：SLS，原理，材料，金属粉末目录前言 (1)1 选择性激光烧结快速成形技术的应用 (1)2 选择性激光烧结快速成形技术原理 (2)2.1 基本工作原理 (2)2.2 SLS快速成形技术工艺流程 (4)2.3 SLS烧结机理 (4)3SLS技术的特点 (5)4 中北大学SLS方面的成果 (6)5 选择性激光烧结用原材料 (6)5.1 金属材料 (7)5.2 聚合物材料 (8)5.3 陶瓷材料 (8)5.4 新型SLS原料的研制-木塑复合材料 (8)6 金属粉末选择性激光烧结(SLS)技术 (8)6.1 间接法 (9)6.2 直接法 (10)6.3 金属粉末SLS存在的问题 (11)6.4 金属粉末SLS发展趋势 (12)总结 (12)参考文献 (14)前言选择性激光烧结快速成形(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping)技术(简称SLS技术)1989年由美国C.R Decard申请专利，DTM公司推向市场，之后因为具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速的发展，受到越来越多的重视。
选择性激光烧结(SLS)也可被称为选区激光烧结，它跟其它的快速成型工艺一样，加工原理也是离散-堆积成型原理。
其以Nd:YAG或CO2激光发射器为加工能源，利用计算机来控制激光束对加工材料（包括高分子材料、金属粉末、预合金粉末材料及纳米材料等）按设定的速度并调整合适的激光能量密度并根据切片截面轮廓的二维数据信息进行烧结，层层堆积，全部烧结完后去掉周围多余的粉末, 再对烧结件进行打磨、烘干等一系列后处理操作便可以获得零件。