高效选择性激光烧结系统的研究_文世峰

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1、试验研究KKK!"#"$%&’()*"+",*-.文章编号：-71/60-/-（/004）0-60035605高效选择性激光烧结系统的研究文世峰，史玉升，黄树槐（华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室，湖北武汉450014）摘要：选择性激光烧结(%9:9;<=>9&?@9A%=B<9A=BC，%&%)是快速成形技术的一种，其成形效率是需要考虑的重要指标之一。为了提高成形效率，我们从机械和工艺两方面着手研究和改进，并在华中科技大学研制的DEF%6GGG型%&%快速成形系统中应用，取得了良好的效果。关键词：机械制造；%&%；研究；成形效率中图分类号：$+-/4H3文献标识码：2

2、$前言目前，典型的快速成形方法有%&’(光固化成聚焦镜激光器形)、&*"（叠纸成形）、+,"(融丝成形)、%&%(激光选计算机J轴振镜I轴振镜铺粉辊区烧结成形)等，它们均可使制件直接从!’,数据激光束分层成形。每种成形方式使用的机械装置和工艺都"不一样，成形的效率及精度有很大的差别。送粉缸!工作缸%&%是成形效率和精度都相对较高的一种快速图-%&%系统原理示意图成形技术。其机械设计和工艺的不同都会极大影响行下一次烧结。如此循环，直至得到各层轮廓，最终到成形效率。本文就从这两方面入手，探讨对整个系制成三维工件。统的优化问题。传统的%&%系统，由于机械设计以及工艺等方面的缺陷，使烧结的效

3、率不高。为了提高%&%的烧结!系统工作原理效率，我们经过分析以及大量实验，从机械以及烧结选择性激光烧结技术的成形原理是：把待加工工艺方面对整个系统进行了改进，以期在不影响制的三维实体沿高度方向进行切片，得到每层截面的件精度的情况下，最大限度地提高整个%&%系统的加工信息；系统每次只加工一个截面(用激光烧结粉效率。末材料)，一个截面加工完后，进给一层成形材料，继续加工直至所有的截面加工完毕，生成三维实体。整%优化策略个机械和控制系统要实现成形材料的进给、烧结、成%&$机械设计形材料的预热和加热的温度控制、加工过程工艺参在成形过程中，材料的进给方式和加热方法是数的检测等必要的辅助控制功能

4、。首先必须解决的问题。以往的%&%设备一般采用单%&%成形过程示意图如图-所示，主要由激光缸送粉、工作缸加热的方式.如图/所示。这种方式器、激光光路系统、动态聚焦、振镜、工作台、供粉筒在送粉和加热时都存在严重的时间浪费。为此，我们和铺粉辊组成。振镜成形时，先在工作台上用铺粉辊铺一层粉末材加热装置料，加热，然后计算机控制激光按照界面信息对制件辅粉辊动态聚焦光路系统激光器的实心部分进行烧结，使粉末的温度升高至熔点，粉成形零件末互相粘结。一层完成后，工作台下降一个层厚，进升降工作缸基金项目：湖北省科技攻关计划重点项目（/00-’’-0120/），广东省重点科技攻关项目（30043001）收

5、稿日期：/0056--607作者简介：文世峰（-8186），男，硕士在读图/单缸送粉，工作缸加热方式示意图锻压装备与制造技术!"#$·35·!""#年第$期试验研究!"#"$%&’()*"+",*-.999对机械部分进行了改进，如图%所示，采用双缸送图6中第三示意图为分组扫描方式。在扫描时，粉、三缸同时加热的方式。扫描线避开了空洞区域，只在区域变换时有一个空粉末在烧结前，需要充分加热以达到烧结所需跳。但是采用分组扫描时，因为要绕开空洞区域，增要的温度，否则烧结的零件就会变形。如果采用单缸加了扫描系统的起停次数。送粉的方式，由于送粉缸中的粉末没有预热，新铺一/层粉后需要较长时间的加热才

6、能烧结，这样就影响7了烧结的效率；采用双缸送粉后，粉末在送粉缸中已经经过了预热，铺粉后可以马上进行烧结，大大节省%了时间。光栅扫描分组分组扫描图6分组扫描同时，在系统中加入接近装置，如图%所示。当454系统中，由于采用的扫描器件为振镜，所以铺粉辊向右铺至&点（或者从右向左铺至’点），系对于有孔洞的扫描层面，采用常规方式（光栅式变向统即可开启激光进行扫描，可以节省往复运动所浪扫描）总是比采用分组变向扫描多耗时间。这是因费的时间，提高了效率。为，扫描时每完成一个矢量后扫描速度都降得很低，振镜加热装置而常规方式比分组变向扫描情况下要多耗一部分空光路系统激光器辅粉辊跳的时间。而且，在常规方式

7、下，空跳前要关闭激光，动态聚焦之后再打开激光，增加了激光的开关延时，耗费了时加热装置升降工作缸间。采用分组变向扫描方式，每次在分组的起点开启粉末材料激光，在扫描一个组的线段时是不关闭激光的，只在接近装置成形零件每个组结束时空跳到下一个组的开始处，这样只有在每个组之间有空跳延时，从而大大减少了激光的图%改进后的454系统示意图开关延时。采用改进后的系统，平均每层可节省时间()*+，%&!&!镂空方式对制件成形时间的影响烧结一个零件所需时间为：镂空方式是指将实