金属粉末的激光快速成型技术
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。
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?
金属粉末3d打印机原理【详解】
3D打印技术正快速改变着传统的生产方式和生活方式，短短30年，3D打印技术已获得迅速发展，并受到世界各国广泛关注。
随着3D打印技术成熟度及性能的不断提升，3D 打印应用的材料也越来越广泛，特别是金属材料。
金属3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。
随着科技发展及推广应用的需求，利用快速成型直接制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。
目前可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：包括选区激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）技术、选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。
下面给大家一一介绍这两种金属3D打印机的工作原理。
金属3D打印机SLS工作原理金属3D打印机SLS工作原理SLS技术通过激光对材料粉末进行照射，将其中的特殊添加材料融化使之达到粘结剂的作用，从而将金属粉末结合成型，实现金属打印。
用于SLS烧结的金属粉末主要有三种：单一金属粉末、金属混合粉末、金属粉加有机物粉末。
相应地，SLS技术在成型金属零件时，有三种方式。
单一金属粉末烧结单一金属粉末的烧结：例如铁粉，先将铁粉预热到一定温度，再用激光束扫描、烧结。
烧结好的制件经热等静压处理，可使最后零件的相对密度达到99.9%。
金属混合粉末烧结金属混合粉末的烧结：主要是两种金属的混合粉末，其中一种粉末具有较低的熔点，另一种粉末的熔点较高。
例如青铜粉和镍粉的混合粉。
先将金属混合粉末预热到某—温度．再用激光束进行扫描，使低熔点的金属粉末熔化(如青铜粉)，从而将难熔的镍粉粘结在一起。
烧结好的制件再经液相烧结后处理，可使最后制件的相对密度达到82%。
金属粉末与有机黏合剂粉末的混合体金属粉末与有机黏合剂粉末的混合体：将金属粉末与有机黏合剂粉末按一定比例均匀混合，激光束扫描后使有机黏合剂熔化，熔化的有机黏合剂将金属粉末黏合在一起（如铜料和有机玻璃粉）。
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。
激光粉末床熔融技术
激光粉末床熔融技术激光粉末床熔融技术是一种先进的三维打印技术，它利用激光束将金属粉末熔化并逐层堆积，最终形成所需的立体零件。
该技术具有高效、灵活、精确的特点，在制造业中得到广泛应用。
激光粉末床熔融技术的核心是激光熔融。
首先，将金属粉末均匀铺在制造平台上，然后使用激光束扫描金属粉末，局部加热并熔化。
激光束的功率和扫描速度可以控制，从而实现对熔化过程的精确控制。
一旦熔化完成，熔融金属会迅速凝固形成固体层，然后再次铺上金属粉末，重复上述步骤，直到整个零件打印完成。
激光粉末床熔融技术具有许多优势。
首先，它可以制造出非常复杂的几何形状，无论是内部孔隙还是外部结构。
这使得激光粉末床熔融技术在航空航天、汽车、医疗等领域中得到广泛应用，因为这些领域对零件的形状和性能要求非常高。
其次，与传统的制造方法相比，激光粉末床熔融技术的制造周期短，成本低。
这意味着企业可以更快地推出新产品，提高市场竞争力。
此外，该技术还可以减少材料的浪费，因为只有需要的粉末才会被熔化，不需要的部分可以被回收再利用。
激光粉末床熔融技术还具有一些挑战。
首先，由于激光束的能量密度较高，容易引起金属材料的热应力和变形。
因此，需要对工艺参数进行精确控制，以避免零件出现质量问题。
其次，激光粉末床熔融技术对金属粉末的选择较为苛刻，需要具有良好的流动性和熔点适中的特性。
此外，激光粉末床熔融技术对设备的要求也较高，需要激光器、粉末供给系统、熔融室等多个设备的协调工作。
尽管激光粉末床熔融技术存在一些挑战，但随着材料科学和激光技术的不断发展，这一技术的应用前景非常广阔。
目前，已经有许多企业和研究机构在激光粉末床熔融技术上取得了重要进展，并开始将其应用于实际生产中。
激光粉末床熔融技术是一种先进的制造技术，具有高效、灵活、精确的特点。
它可以制造出复杂的几何形状，满足各行各业对零件形状和性能的要求。
尽管存在一些挑战，但随着技术的不断发展，激光粉末床熔融技术将在制造业中发挥越来越重要的作用。
第二章 快速成型制造工艺--III
后处置
激光烧结后的PS原型 件，强度很弱，需求依据 运用要求停止渗蜡或渗树 脂等停止补强处置。由于 该原型用于熔模铸造，所 以停止渗蜡处置。渗蜡后 的该铸件原型如下图。
某铸件经过渗蜡处置的SLS原型
ξ2 快速成型制造工艺
〔二〕金属零件直接烧结工艺
模具工程技术研讨中心 METRC
在普遍运用的几种快速原型技 术方法中，只要SLS工艺可以直 接或直接的烧结金属粉末来制造 金属材质的原型或零件。金属零 件直接烧结工艺运用的资料为混 合有树脂资料的金属粉末资料， SLS工艺主要完成包裹在金属粉 粒外表树脂资料的粘接。基于 SLS方法直接金属零件的制造工 艺进程如下图。由图中可知，整 个工艺进程主要分三个阶段：一 是SLS原型件〔〝绿件〞〕的制 造，二是粉末烧结件〔〝褐件〞〕 的制造，三是金属溶渗后处置。
和LOM工艺一样，SLS工艺也无需设计和需求支撑结构， 叠层进程中出现的悬空层面可直接由未烧结的粉末来完成支撑。
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研讨中心 METRC
资料应用率高
由于SLS工艺进程不需求支撑结构，也不象LOM工艺那样 出现许多工艺废料，也不需求制造基底支撑，所以该工艺方法 在罕见的几种快速原型工艺中资料应用率是最高的，资料的应 用率但基是本，可选择以性以激为光是烧1结0工0％艺的。缺SL陷S也工比艺拟中突出的，少详数细粉如末下：的价钱较 廉原价型，外所表以粗SL糙S模型的本钱相比拟来看也是较低的。
四、高分子粉末烧结件的后处置
模具工程技术研讨中心 METRC
高分子粉末资料烧结件的后处置工艺主要有渗树脂和渗蜡两种。当原 型件主要用于融模铸造的消逝型时，需求停止渗蜡处置。当原型件为了提 高强硬性目的时，需求停止渗树脂处置。
激光增材制造过程中熔池形成及演化现象
激光增材制造过程中熔池形成及演化现象激光增材制造（LAM）是一种快速成型技术，它使用高功率激光束作为加热源，将金属粉末熔化成实体物体。
在这个过程中，熔池的形成和演化起着至关重要的作用。
熔池是指激光束在材料表面或深度处聚集能量而引起的局部区域的高温区，其中材料被熔化成液态。
当激光束作用于材料表面时，由于受热面积小，熔池深度相对较小；而当激光束钻入材料时，熔池深度和直径相对较大。
熔池形成和演化的过程可以归纳为以下几个阶段：1. 传热过程激光束与材料之间存在瞬间传热过程。
激光束在材料表面或深度处聚集，形成高温的小区域，这个区域内的材料瞬间被加热，同时周围的材料被导热逐渐加热，并且发生相变。
当材料表面温度升高时，表面张力库仑力越来越大，开始在材料表面形成一层液态金属。
2. 液态熔池形成由于瞬间传热的温度高度符合材料的熔点，因此材料在瞬间加热后迅速熔化。
随着时间的推移，激光束对材料加热的深度和温度不断增加，导致熔池的形成。
熔池的形成是由于材料在高温环境下的塑性变形而产生的。
熔池的形状和尺寸是由激光加工参数、金属粉末特性、材料熔点、表面张力等因素决定的。
3. 熔池扩散熔池形成后，熔池内部的温度和压力不断变化，从而导致材料的流动和扩散，最终形成所需的实体造型。
其中，熔池发生的温度梯度和浓度梯度决定了材料在熔池中形成的复杂形态。
此外，熔池流体力学现象、质量输运和熔池遇冷速率等因素也会影响熔池的扩散。
4. 熔池凝固材料在熔池中熔化后会快速凝固，形成固态部分。
由于材料在快速冷却过程中的非均匀性，固态部分的结构与性质也会发生变化。
因此，优化熔池形态和温度梯度是LAM过程中关键的课题。
总之，熔池形成和演化是LAM的核心过程之一，理解和优化熔池形态和温度梯度有利于提高制造质量和生产效率。
lpbf激光粉末床熔融
lpbf激光粉末床熔融
激光粉末床熔融（LPBF）是一种增材制造技术，它基于
离散堆积的成形理念逐层熔覆沉积制备三维实体样件，具有
柔性化程度高、加工速度快、对样品尺寸及形状无限制等独
特优势。
这种技术利用高能束激光（光斑50-100微米）逐
点逐线熔融微细金属粉末，成形效率相对较低，仅适用于单
件和小批量零件制造。
LPBF技术正朝着高效率方向迈进，其中提高激光功率是
最为行之有效的方法之一。
然而，目前国内外高功率LPBF
激光与物质交互作用的研究报道还非常有限，严重制约了该
技术的发展。
此外，LPBF技术具有以下优点：
1.可直接制造复杂精细的高性能金属零件，如打印的高温合金一体式航空燃油喷嘴、钛合金多孔骨骼植入物、内
置随形冷却水道的模具镶件等。
2.成形试样的致密度高，可达99.8%±0.08%，且无明显的缺陷。
从宏观上看，该合金由沿熔池边界外延生长的
柱状晶构成，熔池边界准晶富集，熔池内部准晶贫瘠。
从单
一熔池的角度来看，SLM成形的样品呈现出明显复合结构：
熔池内部的激光熔合区（LFZ）；熔池边界（MPB）和热影
响区（HAZ）。
然而，LPBF技术也具有较高的温度梯度和较快的冷却速度，加工过程中影响因素较多，包括粉末材料、加工工艺等综合因素，成形试样易形成气孔、裂纹、球化等多种加工缺陷，其中裂纹缺陷对加工过程的稳定进行及试样的成形质量具有极大的影响。
陶瓷材料具有本征脆硬特性，进一步增加了激光3D打印制备氧化铝基共晶陶瓷裂纹敏感性及成形难度。
以上内容仅供参考，如需更全面准确的信息，可查阅LPBF 激光粉末床熔融增材制造技术的相关研究文献。
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金属粉末的激光快速成型技术
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金属粉末的激光快速成型技术
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（RapidPrototyping）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发周期、降低生产成本，同时能提高材料的利用率、降低能耗.
快速成型技术(RP,RapidPrototyping)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、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。
快速成型技术是一种基于离散/堆积成型原理的新型数字化成型技术。
该技术利CAD软件设计出零件的三维实体模型，然后根据具体工艺要求，按照一定的厚度对模型进行分层切片处理，将其离散化为一系列二维层面，再对二维层面信息进行数据处理并加入加工参数，生成数控代码输入成型机，控制成型机的运动顺序完成各层面的成型
制造，直到加工出与CAD模型相一致的原型或零件。
直接激光烧结技术基于一般快速成型原理，采用中、大功率激光器熔化同步供给的金属粉末或细丝，在沉积基板上逐层堆积而形成金属零件，其实质是计算机控制下的三维激光熔覆。
激光束或沉积基板的运动通过实体模型（CAD产生）经切片分层处理后形成的二维平面信息来控制，零件成型的关键在于精确连续地供应粉末，并控制金属粉末的熔化及随后的凝固过程，保证一定的熔池形状（熔池尺寸小且稳定）和连续的固/液界面，使得成型过程保持连续和一致。
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：
①制造过程具有高度的柔性；
②生产周期短，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体修复。
综上所述, 金属粉末的激光快速成型技术集计算机辅助设计、激光熔覆、快速成型于一体, 在无需任何硬质工模具或模型的情况下, 能快速制备出不同材料的复杂形状零件, 缩短制造周期, 增强产品竞争优势, 特别有利于复杂形状、多品种、小批量零件的生产。
所成型零件致密度高, 具有快速凝固组织特征, 能满足直接使用要求, 在航天器件、飞机发动机零件及武器零件的制备上具有广阔的应用前景。
此外, 还可以通过改变成型材料,得到不同部位由不同材料组成的零件, 与材料设计相结合, 可发展材料的智能制备系统。
金属粉末激光快速成形技术以其独特的技术优势和巨大的发展潜力将备受关注。