中科煜宸激光选区熔化技术及其应用
激光熔覆技术的原理和应用
激光熔覆技术的原理和应用1. 激光熔覆技术的简介激光熔覆技术是一种常用于金属表面改性和复合材料制备的先进加工技术。
它利用高能激光束对工件表面进行局部熔化，使金属或合金液态化并与基材相互混合，形成一层高质量的涂层。
激光熔覆技术具有熔化速度快、固化快、热影响区小、涂层与基材结合强等优点，因而在航空航天、汽车制造、能源装备等领域得到广泛应用。
2. 激光熔覆技术的原理激光熔覆技术的实质是利用高能激光束对工件表面进行局部加热，使其达到熔点，然后进行快速冷却，使其凝固成为一层均匀致密的涂层。
其原理主要包括以下几个方面：2.1 激光加热高能激光束在与工件表面接触时，光能转化为热能，使工件局部区域温度升高。
激光加热具有高度集中的特点，可以实现对工件表面的高温局部加热，而对其他区域几乎没有热影响。
2.2 金属熔化通过激光加热，金属或合金在达到熔点的条件下发生熔化。
激光熔化的特点是熔池温度高、熔池容积小、凝固速度快。
这使得熔化的金属能够在非常短的时间内冷却并固化，形成一层均匀致密的涂层。
2.3 冷却和凝固金属熔池在短时间内冷却并凝固形成固体涂层。
冷却速度的快慢直接影响涂层的组织结构和性能。
激光熔覆技术的快速冷却速度可以避免大晶粒的形成，并在晶界处形成细小的析出相，提高涂层的强度和硬度。
3. 激光熔覆技术的应用激光熔覆技术在多个领域有着广泛的应用，下面列举了其中一些典型的应用：3.1 表面修复和修饰通过激光熔覆技术可以对损坏的金属零件进行修复和修饰。
激光熔覆可以填充表面缺陷、修复裂纹，提高零件的使用寿命和性能。
3.2 硬质合金涂层制备激光熔覆技术可以在金属基材表面涂覆硬质合金材料，提高金属零件的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性。
硬质合金涂层广泛应用于机械零件、切削工具等领域。
3.3 功能性涂层制备通过激光熔覆技术可以在金属基材表面制备各种功能性涂层，如热障涂层、阻尼涂层、导电涂层等。
这些涂层可以为金属零件赋予新的性能和功能，拓展其应用范围。
激光熔覆的应用及前景
激光熔覆的应用及前景激光熔覆是一种通过激光束将金属、塑料等材料熔化后与基体表面融合的表面处理技术。
它具有高精度、高效率、低热影响区等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备、工具刀具、冶金等行业。
激光熔覆技术未来的前景十分广阔，以下是详细分析。
首先，激光熔覆在航空航天领域具有重要应用前景。
航空航天工业对材料的性能要求极高，激光熔覆技术可通过在零件表面形成高硬度、高粘附力的涂层，提高零件的耐磨、耐腐蚀、抗高温等性能，从而延长零件使用寿命，提高飞行器的可靠性和安全性。
其次，激光熔覆在汽车制造行业有广泛应用前景。
随着汽车工业的快速发展，对零部件的耐磨、耐腐蚀性能要求也越来越高。
激光熔覆技术可以在发动机缸套、活塞环、气门座圈等部位形成高硬度、低摩擦系数的涂层，大幅提高汽车的使用寿命和性能。
此外，激光熔覆还可以应用于汽车车身和零部件的表面美化处理，如通过激光熔覆技术在汽车外壳上形成金属漆等不锈钢涂层，提高汽车的外观质量。
再次，激光熔覆在电子设备制造行业有重要的应用前景。
随着电子设备的迅猛发展，对导电、散热性能的要求越来越高。
激光熔覆技术可以在电子器件的金属基板上形成导电层，提高电路板的导电性能；同时，激光熔覆还可以在电子散热器上形成高散热系数的涂层，有效提高散热效果。
此外，激光熔覆还可用于电子产品的表面装饰，如手机外壳、电脑键盘等。
此外，激光熔覆在工具刀具制造领域有广泛的应用前景。
工具刀具是生产加工的重要工具，对耐磨性、切削性能要求极高。
激光熔覆技术可以在刀具表面形成高硬度、高温硬度的涂层，提高刀具的耐磨性、切削性能以及抗热疲劳性能，从而提高刀具的使用寿命和可靠性。
最后，激光熔覆还可应用于冶金领域。
冶金材料的性能直接影响到汽车、航空航天等重要行业的发展。
激光熔覆技术可以在金属材料的表面形成覆盖层，改善材料的性能。
特别是在高温、高压、高腐蚀等恶劣环境下，通过激光熔覆技术形成的保护层可以提高材料的耐蚀性、耐高温性能和机械性能，从而提高材料的应用范围和效率。
激光熔化沉积技术
激光熔化沉积技术
激光熔化沉积技术是一种先进的加工技术，它利用高能量激光束
将金属粉末熔化并沉积于工件表面，形成具有可控性的金属部件。
这
种技术在航空航天、汽车、医疗等领域都有广泛应用，下面我们来详
细了解一下激光熔化沉积技术的步骤。
步骤一：选材和设计CAD模型
在进行激光熔化沉积技术前，需要先选定适合的金属材料并设计相应
的CAD模型。
目前，常见的金属材料包括钛合金、镍合金、不锈钢等，而CAD模型则可以由计算机辅助设计软件完成。
步骤二：制备金属粉末
为了进行激光熔化沉积技术，还需要制备出适合的金属粉末。
这些金
属粉末在激光束下会被加热并熔化，最终沉积于工件表面形成所需形
状的零件。
金属粉末的制备方式通常有喷射制备、机械制备等多种方法。
步骤三：激光熔化沉积
在进行激光熔化沉积的过程中，激光束在金属粉末和工件表面之间移动，将金属粉末加热至熔点并熔化，最终将热熔态的金属粉末沉积在
工件表面，形成所需几何形状的结构部件。
激光熔化沉积技术的最大
特点就是可以实现精密的三维打印加工，能够制造出非常复杂的形状。
步骤四：后处理
激光熔化沉积技术的后处理通常包括研磨、抛光、清洗等多个步骤。
这些步骤可以提高工件表面质量，消除残留应力等不良现象，从而进
一步提高制件的强度和精度，以满足实际应用需求。
总之，激光熔化沉积技术在实际生产和制造中有着广泛的应用。
随着技术的不断提高，激光熔化沉积技术将越来越成为未来制造领域
的重要趋势。
增材制造技术实训 PPT课件项目7 选区激光熔化技术(SLM)
图 7.2 粉末显微效果图
z
7.3设备及附件
▪ 一般SLM成形设备包括成形机设备主机及其附件组成。设备主机又包括成形室、 粉仓、粉末回收仓、控制系统、激光器、电脑主机等组成。附件包括惰性气体 系统、筛粉器、密封操作台（俗称手套箱）、防爆吸尘器、工作工具、防护用 具等。
图7.6 工具菜单功能
z7.4 分层软件
▪ （1）Create：创建模型按钮，点击后进入模型创建对话框，可以选择常用的 建模图形，如长方体/圆柱体/棱柱/棱锥/滑块等。如图7.7所示。
图 7.7 创建文件常用模型样式及其对应尺寸
z7.4 分层软件
▪ （2）Duplicate：复制操作，可对选中的模型进行X/Y方向复制。如图7.8所示 。
▪ (4)成形过程不受零件复杂程度限制，特别适合于单件小批量、个性化定制、或采用传统工艺无法 制造的金属零件。
▪ (5)如换用特殊的铺粉装置，还可直接成形具有复合材料的金属零件。
▪ 上述优点使选区激光熔化快速制造技术具有广泛的应用前景。当前，在国外，该技术已应用到个 性化医用产品、具有复杂形状的零件、航天航空零件、难加工材料制件。随着该技术的进一步发 展， 该技术的应用空间必然还会进一步拓展。
图 7.22 添加零件对话框
z7.4 分层软件
▪ （3）Automatic Placement
：
Байду номын сангаас
▪ 自动放置零件，点击此按钮后，弹出如图7.23对话框，进行零件自动布局设置 。
图7.11 位置菜单功 能
z7.4 分层软件
▪ （1）Translate
：
▪ 平移操作，点击此按钮后，弹出平移对话框，如图7.12所示，有相对坐标方式 和绝对坐标方式两种模式，来设置X/Y/Z平移量。设置后点击应用即可观察移 动效果。
激光选区熔化成形技术特点及零件特性分析
激光选区熔化成形技术特点及零件特性分析摘要:本文通过对金属3D打印技术与铸造方法的差异分析，介绍了常见的四种金属3D打印技术方法，分析了激光选区熔化成形技术的相关特征及其优缺点，展望了激光选区熔化成形技术的发展方向。
关键词：3D打印技术；熔化成形；技术特点；特性分析1 概述现代3D打印技术问世于上世纪80年代。
该技术以数字化模型文件为基础，基于离散堆积原理，采用离散材料（液体、粉末、丝等），通过逐层累加的方式来制造任意形状的零件或物体。
从生产特征上来说，金属3D打印技术与传统的去除材料的机械加工方法截然不同，其最大差异在于“增材制造[1]”，但金属3D打印技术与铸造方法虽然生产特征也不同，但却非常接近，二者都是采用熔化的合金“堆积”来形成零件，只不过铸造“堆积”的是经过熔炼的均匀合金液且堆积材料连续并整体一致，而金属3D打印则是以瞬间熔化的合金液逐滴、逐条、逐层堆积，最后熔合在一起形成零件。
简单对比就可看出，金属3D打印零件的堆积方式不同于铸造，金属3D打印是逐滴、逐条、逐层堆积，是离散堆积，而铸造是连续堆积。
堆积方式不同必然对材料组织的形成产生影响，材料组织不同必将对应不同的性能特点，不同的性能特点则意味着不同的用途以及使用领域。
如何科学的评价这两种组织之间的差异以及给出金属3D打印零件是否可以替代之前采用的铸件对于普通零件设计者来说是一件相对复杂的工作。
但无论如何，分析金属3D打印零件的相关特征并给出其优缺点，无疑将对科学的选择和应用金属3D打印技术，并对金属3D打印技术的发展产生积极地意义。
2 常见金属3D打印技术简介常见的金属3D打印技术主要有电子束选区熔化成形、激光熔融沉积成形、电子束熔丝沉积成形、激光选区熔化成形[2]四种。
电子束选区熔化成形是在真空环境下以电子束为热源，以金属粉末为成形材料，通过不断在粉床上铺展金属粉末然后用电子束熔化，使一个个小小的熔池相互熔合并凝固，这样不断进行最后形成完整的零件实体。
选区激光熔化技术在模具制造中的应用
第22期2019年8月No.22August ，2019董东东，王岳亮，马文有，赵国瑞（广东省新材料研究所，广东广州510651）引言选区激光熔化技术（Selective Laser Melting ，SLM ）是一种金属件直接成型方法，是快速成型技术的最新发展成果。
该技术基于快速成型的基本思想，用逐层添加的方式根据计算机辅助设计（Computer Aided Design ，CAD ）数据直接生成具有特定几何形状的零件。
成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合［1］。
该技术具有制作复杂形状、成型件致密度高、节省材料等优点［2］。
与其他增材制造技术相比，SLM 技术成型精度较高，成型件致密度接近100%，因此，该技术已被广泛应用于医学个性化定制、随形冷却模具、航空航天、工业制造等领域［3］。
选区激光熔化技术可以直接制造复杂形状的产品，在小型注塑模具的制造方面优势十分明显。
它可以实现随形冷却模具的直接成型，制造周期短、性能优良。
随形冷却水路使得模具表面降温均匀而迅速，不仅大大缩短了注塑周期，而且注塑件均匀无缺陷。
目前，选区激光熔化技术已被广泛应用于随形冷却模具的生产制造中，并得到行业认可。
国内外学者针对SLM 成型模具钢材料进行了多项研究。
其中，包括SLM 成型马氏体时效钢的材料性能研究［4］以及随形冷却模具的设计制造和冷却水路传热的模拟研究。
例如，周屹［4］对随形冷却水道的设计方法进行了分类，分别对水道轨迹、截面形状、内部结构等设计方法进行了一定的分析，得到随形水路具有较好冷却效果的结论。
黄玉山等［5］对SLM 成型马氏体时效钢打印态试样以及不同热处理后的试样进行组织和力学性能分析，针对热处理对马氏体时效钢组织和力学性能的影响进行了探索。
以上研究主要针对SLM 成型马氏体时效钢材料的某一项性能、工艺或随形冷却模具的传热性能等进行研究，少有学者从模具应用角度对选区激光熔化技术在模具制造中的应用进行归类总结和研究。
选取激光融化(SLM)
1、成型速度较低，为了提高加工精度，需要用更薄的加工层厚。加工小体积 零件所用时间也较长，因此难以应用于大规模制造； 2、表面粗糙度有待提高； 3、整套设备昂贵，熔化金属粉末需要比SLS更大功率的激光，能耗较高； 4、SLM技术工艺较复杂。因此多用于工业级的增材制造。 6、SLM过程中，金属瞬间熔化与凝固温度梯度很大，产生极大的残余应力， 如果基板刚性不足则会导致基板变形。
1998年，华中科技大学快速制造中心也引进史玉升专门负责选择性激光 烧结技术和选择性激光熔化技术。这是目前直接获得金属件最成功的方法，
华中科技大学1996年组建了武汉滨湖机电技术产业有限公司(下称“滨 湖机电”)，
西安交通大学1997年成立陕西恒 通智能机器有限公司。注册于北京市海 淀区中关村科技园区北京隆源自动成型系统有限公司，也从1993年开始研 发选区激光粉末烧结快速成型机
工件残余应力过大，基板刚性不足导致的基板变形
1、SLS打印技术
SLM 与SLS的区别：
SLS是激光烧结，所用的金属材料是经过处理的与低熔点金属或者高分子 材料的混合粉末，在加工的过程中低熔点的材料熔化但高熔点的金属粉末是不 熔化的。先是用灯管加热或者金属板热辐射的方式，将粉材加热到超过了结晶 温度，大概170摄氏度左右。利用被熔化的材料实现黏结成型，所以实体存在 孔隙，力学性能差，部分零件要使用的话还要经过高温重熔。
SLM是选择性激光熔化，顾名思义也就是在加工的过程中用激光使粉体完 全熔化，不需要黏结剂，成型的精度和力学性能都比SLS要好。然而因为SLM 没有热场，它需要将金属从20摄氏度的常温加热到上千度的熔点，这个过程需 要消耗巨大的能量。
02 激光融化技术发展 PART TWO
选区激光融化技术
材料科学中的激光熔化技术
材料科学中的激光熔化技术激光熔化技术是近年来应用最为广泛的新材料制造技术之一。
该技术涵盖了材料科学领域的多个子领域，如光学、能源、机械等，被认为可以在未来的制造业中发挥重要作用。
一、什么是激光熔化技术？激光熔化技术是一种先进的制造技术，它通过使用高能量密度的激光束将金属材料熔化成三维实体。
这种技术可以利用金属材料的化学反应、熔化和冷却等物理过程来制造各种复杂形状的零件和产品。
与传统的制造工艺相比，激光熔化技术具有制造速度快，产品精度高，材料利用率高等优点。
二、激光熔化技术的应用领域激光熔化技术在多个领域中都有应用，其中最为广泛的包括：1.制造工业：激光熔化技术可以用于制造各种零件和产品，如汽车、飞机、火箭、船舶等。
2.光学领域：激光熔化技术可以生产光学元件，如透镜、反射镜等。
3.医疗领域：激光熔化技术可以制造医疗设备和人工器官，如人工心脏瓣膜等。
4.能源领域：激光熔化技术可以生产各种形状和尺寸的太阳能电池和其他能源设备。
三、激光熔化技术的制造流程激光熔化技术的制造流程包括以下几个步骤：1.设计模型：根据产品的需求和要求，利用计算机辅助设计软件制作出三维模型。
2.选择材料：根据产品的形状和功能要求，选择合适的材料进行加工。
3.设置激光参数：根据材料类型、厚度和形状等参数，设置合适的激光参数。
4.激光照射：使用激光束将材料熔化成三维的实体。
5.加工后处理：对制造后的产品进行处理，去除多余的材料和表面毛刺。
四、激光熔化技术的优点相比于传统的制造工艺，激光熔化技术具有以下优点：1.速度快：利用激光熔化技术可以快速制造各种物品，相较于传统方法节省了大量的时间。
2.精度高：可以制造各种形状、尺寸和精度要求高的零件和产品。
3.材料利用率高：与常规加工方法相比，激光熔化技术的材料利用率更高。
4.可定制化：激光熔化技术可以制造各种形状、尺寸和材料的产品，满足不同行业和领域的需求。
五、激光熔化技术的挑战与未来发展激光熔化技术虽然具有多种优点，但同时也面临着多个挑战：1.成本高：与传统制造方法相比，激光熔化技术的成本更高。
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激光选区熔化（SLM）作为具有发展前景的金属零件3D打印技术，其成型材料多为单一组分金属粉末，包括奥氏体不锈钢、镍基合金、钛基合金、钴-铬合金和贵重金属等。
通过激光束快速熔化金属粉末并获得连续的熔道，可以直接获得几乎任意形状、具有完全冶金结合、高精度的近乎致密金属零件。
因此，其应用范围已经扩展到航空航天、汽车、微电子、医疗、珠宝首饰等行业。
SLM技术主要优势有：更好的表面质量、更好的性能、更宽泛的材料选择；主要待解决的问题：打印粉末成本高、成型速度慢、打印件受设备成型仓尺寸限制、需要添加支撑、需要后处理。
国内外对SLM技术研究热情较高。
国外对SLM工艺进行开展研究的国家主要集中在德国、英国、日本、法国等。
其中，德国是从事SLM技术研究最早与最深入的国家。
第一台SLM系统是1999年由德国Fockele和Schwarze（F&S）与德国弗朗霍夫研究所一起研发的基于不锈钢粉末SLM成型设备。
目前国外已有多家SLM设备制造商，例如德国EOS 公司、SLMSolutions公司、ConceptLaser公司和英国Renishaw公司等。
华南理工大学于2003年开发出国内的第一套选区激光熔化设备DiMetal-240。
发展至今，国内选区激光熔化设备主要研发及生产商有南京中科煜宸、湖南华曙高科、西安铂利特、无锡飞而康、北京隆源等。
航空航天零部件打印：
图1.涡轮增压器压缩机叶轮图2.叶轮图3.燃烧室机匣航空工业应用的3D打印主要集中在钛合金，铝锂合金，超高强度钢，高温合金等材料方面，这些材料基本都是强度高，化学性质稳定，不易成型加工，传统加工工艺成本高昂的类型，并且存在部分如下图所示的结构复杂的薄壁结构件。
汽车零部件打印：
近些年来，新能源汽车行业受到大力扶持与发展，其中零件的轻量化设计是减少能量损耗，提高汽车续航能力的一个重要因素。
然而一些内部复杂的薄壁件采用传统制造工艺研发周期较长、加工难度较高。
因此，3D打印技术逐渐走入研发人员的视野。
图4为某汽车厂家打印的一个薄壁内流道结构件，该件使用过程中内壁需要承受一定的水压，因此，需要零件成型后致密性好。
而SLM 3D打印零件通过工艺参数的优化，其致密度可以达到99%。
牙齿的打印：
市场现有的3D打印设备和生物相容性材料能够满足牙科产品的制造需求，例如SLM 技术打印的烤瓷牙金属冠的钴铬合金。
目前，在牙科领域，3D打印不仅可以制造最终产品，还可以打印定制化的间接产品，例如牙科模型。
这些产品往往对力学性能没有太高的要求，但确是最终产品制造和牙齿修复过程中的有力工具。
这些直接亦或是间接应用产品需求将长期推动3D打印技术在牙科行业的增长与发展。
图4 牙齿模型
核电产品打印：
下图6模型是核电热流道结构件，为防止物件从流道孔直接落下对其他结构件的冲击，设计者将现有的零件内部改为螺旋型孔洞，但传统的工艺很难完成该结构的制造。
因此，将尝试SLM 3D成型技术。
下图6即为测试打印的小样件，并且成型良好。
图5. 核电零件分解模型
不仅在上述领域推动着SLM制造技术的发展，在模具、电子、医疗、康复辅助器具、骨科植入物、首饰等行业都将长期支撑着SLM技术前行。
图6. 轮胎基模图8.手机外边框
图7.髋臼杯图8.饰品
以上是对激光选区熔化技术及应用的介绍，如有这方面的需求，可咨询专业的技术公司：南京中科煜宸激光技术有限公司或者是登陆公司官网进行详细的了解。
南京中科煜宸激光技术有限公司是一家专业从事激光增材制造装备(3D打印、激光修复)、智能激光焊接装备、自动化生产线、核心器件（工艺软件、送粉器、加工头）和金属粉末材料的研发与制造。
中科煜宸是高新技术企业、中国增材制造产业联盟副理事长单位、全国增材制造标委会标准起草参与单位、国家发改委激光再制造产业化基地、国家工信部激光增材制造产业化基地、国家科技部同步送粉增材制造重大专项承担单位，也是江苏省科技厅金属三维打印工程技术中心、南京市金属三维打印技术中心，江苏省经信委激光智能制造协同创新中心。