激光增材制造技术的研究现状及发展趋势.pdf

《激光增材制造技术的研究现状及发展趋势.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、激光增材制造技术的研究现状及发展趋势冰杨强1，鲁中良1’2，黄福享1，李涤尘1(1．西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安710049；2．先进航空发动机协同创新中心，北京100191)[摘要】增材制造技术能够快速将复杂结构的三维数据模型直接转化为实体零部件，是一种快速发展的数字化制造技术。激光增材制造技术是增材制造技术中最具代表性的一类，在增材制造技术领域扮演着重要的角色。主要介绍了两种典型的激光增材制造技术：激光选区熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)技术和激光金属直接成形(LaserMetalDirectF

2、orIlling，LMDF)技术的原理与特点，归纳了其发展和研究现状，指出了激光增材制造技术的发展趋势。关键词：激光增材制造；激光选区熔化；激光金属直接成形；复杂零件DoI：lO．16080／i．issnl671．833x．2016．12．026杨强西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室博士研究生，研究方向为先进制造技术与3D打印。增材制造(AdditiveManufac—turing，AM)技术是基于分层制造原理，采用材料逐层累加的方法，直接。基金项目：国家重大专项“燃气轮机定向凝固叶片氧化铝型壳型芯制备技术及关键设备”(2012ZX04

3、007—021)。26航空制造技术·2016年第12期将数字化模型制造为实体零件的一种新型制造技术。美国材料与试验协会(ASTM)F42国际委员会给出了增材制造的定义：增材制造是依据三维模型数据将材料连接制作成物体的过程，相对于减法制造，它通常是逐层累加的过程【l】。增材制造技术集成了数字化技术、制造技术、激光技术以及新材料技术等多个学科技术，可以直接将cAD数字模型快速而精密地制造成三维实体零件，实现真正的“自由制造”。与传统制造技术相比，增材制造技术具有柔性高、无模具、周期短、不受零件结构和材料限制等一系列优点，在航天航空、汽车、电子、医疗

4、、军工等领域得到了广泛应用口‘5】。增材制造技术已成为制造业的研究热点，许多国家包括中国都对其展开了大量深入的研究，欧美更有专家认为这项技术代表着制造业发展的新趋势，被誉为有望成为“第三次工业革命”的代表

5、生技术m]。激光增材制造(LaserAdditiveManufacturing，LAM)技术是一种以激光为能量源的增材制造技术，激光具有能量密度高的特点，可实现难加工金属的制造，比如航空航天领域采用的钛合金、高温合金等，同时激光增材制造技术还具有不受零件结构限制的优点，可用于结构复杂、难加工以及薄壁零件的加工制造。目前，激光增材制造技术所应用

6、的材料已涵盖钛合金、高温合金、铁基合金、铝合金、难熔合金、非晶合金、陶瓷以及梯度材料等p]，在航空航天领域中高性能复杂构件和生物制造领域中多孔复杂结构制造具有显著优势¨0】。激光增材制造技术按照其成形原理进行分类，最具代表性的为以粉床铺粉为技术特征的激光选区熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)和以同步送粉为技术特征的激光金属直接成形(LaserMetalDirectFo瑚ing，LMDF)技术。本文在阐述了这两种典型的激光增材制造技术原理与特点的基础上，着重归纳了这两种技术的发展和研究现状，并探讨了目前激光增材制造技术的发

7、展趋势。激光选区熔化技术的研究现状1SLM技术的原理和特点激光选区熔化(SelectiveLaserMelting，sLM)技术是利用高能量的激光束，按照预定的扫描路径，扫描预先铺覆好的金属粉末将其完全熔化，再经冷却凝固后成形的一种技术。其技术原理如图1所示。sLM技术具有以下几个特点：(1)成形原料一般为一种金属粉末，主要包括不锈钢、镍基高温合金、钛合金、钴一铬合金、高强铝合金以及贵重金属等。(2)采用细微聚焦光斑的激光束成形金属零件，成形的零件精度较高，表面稍经打磨、喷砂等简单后处理即可达到使用精度要求。(3)成形零件的力学性能良好，一般拉

8、伸性能可超铸件，达到锻件水平。(4)进给速度较慢，导致成形效率较低，零件尺寸会受到铺粉工作箱的限制，不适合制造大型的整体零件。2SLM技术的发展现状SLM技术实际上是在选区激光烧结(SelectiveLaserSintering，sLs)技术基础上发展起来的一种激光增材制造技术。SLS技术最早由德克萨斯大学奥斯汀分校(UniversitvofTexasatAustin)的Deckard孝疋授””提出，但是在sLs成形过程中存在粉末连接强度较低的问题，为了解决这一问题，1995年德国弗劳恩霍夫(Fraunhofer)激光技术研究所的Meiners

9、【121提出了基于金属粉末熔凝的选区激光熔化技术构思，并且在1999年与德国的Fockle和Sehwarze一起研发了第一台基于不锈钢粉末的sLM成形