第九章-激光快速成形技术ppt课件.ppt

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1、第九章激光快速成形技术【学习目的与要求】通过本章的学习，加深学生对材料的成形方式，尤其是添加成形方式以及激光快速成形技术的基本思想和成形特点的理解；掌握激光立体光固化成形(SLA)技术、激光薄片叠层制造(LOM)技术、选择性激光烧结(SLS)技术、激光熔覆成形(LCF)技术和激光诱发热应力(LF)技术等；对激光快速成形技术的应用场合有一个全貌的了解和认识；为将来从事科学研究或生产企业的技术研发建立一定的技术基础。第9章激光快速成形技术9.1激光快速成形技术的基本概念激光快速成形(laserrapidpro

2、totyping，LRP)技术是利用激光为工具，通过逐点、逐面进行材料的“三维堆砌”成形，再经过必要的处理，使其在外观、强度和性能等方面达到设计要求，能够快速、准确地制造原型或实际零件、部件，而无需传统的机械加工机床和模具的技术。激光快速成形技术的基本原理：首先在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维几何信息转换成一系列二维轮廓信息，随后在计算机的控制下，用同步送粉(或送丝)激光熔覆的方法将粉末材料按照二维轮廓信息逐层堆积，最终形成三维实体零件。9.1.1原型及原

3、型制造原型是能基本代表零部件性质和功能的试验件，从表面质量、色彩等方面可具有零部件的特征，但不具备或不完全具备零部件的功能。零部件——最终产品，具有最佳特性、功能和成本。原型——一般数量较少，主要是用于实体观察、分析、试验、校核、展示、直接使用或间接制造模具。在设计部门内部、其他部门以及市场上的用户之间、原型是交流设计概念的最好工具。原型可以由两种方法产生：一种方法是利用已有的知识和技术，按目的要求进行设计、加工或由设计者利用CAD／CAM系统，通过构想在计算机上建立原型的三维数字模型并加工成实物；另一种

4、方法则是通过反求技术实现，即由用户提供一个实物样品，原封不动或经过局部修改后得对这个样品的复制品或仿制品。原型制造是设计、建造原型的过程。9.1.2成形方式的分类根据现代成形学的观点，可把成形方式分为以下几类。(1)去除成形(dislodgeforming)(2)添加成形(additiveforming)(3)受迫成形(forcedforming)(4)生长成形(growthforming)表9-1各种成形方法的比较项目去除成形受迫成形添加成形材料利用率产生切屑，材料利用率低产生工艺废料，如浇冒口、飞边等

5、材料利用率高，大多数工艺可达100％产品精度与性能通常为最终成形，精度高多用于毛坯制造，属静成形或近成形范畴属静成形范畴，精度较好制造零件的复杂程度受刀具或模具等形状限制，无法制造太复杂的曲面和异形深空等受模具等工具的形状限制，无法制造太复杂的曲面可制造任意复杂形状的零件9.1.3激光快速制造技术原理笼统地讲，快速成形属于添加成形。严格地讲，快速成形应该属于离散／堆积成形，即依据计算机上构成的零件三维设计模型，利用快速成形机对其进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓图，并按照这些轮廓图逐步顺序叠加成三维零件

6、。这种新技术的思路源于三维实体被切割成一系列微小单元的逆过程，通过不断地把材料按指定路径添加到未完成的制件上，采用聚合、黏结、熔结、烧结等化学的和(或)物理的手段，有选择性地固化液体或黏结固体材料，从而制作出所要求形状的原型或零部件。通常，原型或零件是逐层累积起来的，并最终达到设计的式样和性能要求。图9-1激光快速制造的原理图9-2激光快速制造的离散/堆积过程(a)传统加工(b)快速成型图9-3激光快速制造过程(1)前处理①产品三维模型的构建。②三维模型的近似处理。③三维模型的切片处理。根据被加工模型的特

7、征选择合适的加工方向，在成形高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔越小，成形精度越高，但成形时间也越长，效率就越低；反之则精度低，但效率高。(2)分层叠加自由(3)后处理9.1.4激光快速制造技术的特点(1)制造过程快速(2)制造过程高度柔性(3)技术高度集成(4)可用材料丰富(5)经济效益显著(6)应用领域广泛快速成形制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法——去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件，而采用全新的“增长”加工法——用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件，将复

8、杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合。因此它不必采用传统的加工机床和加工模具，只需传统加工方法10％～30％的工时和20％～35%的成本，就能直接制造出产品样品或模具。9.1.5激光快速成形系统中的激光器目前，激光器种类繁多，性能各异，用途也多种多样。要根据使用要求，合理选用激光器的种类，重点是考虑其输出激光的波长、功率和模式。还要考虑在加工现场的环境下运行的可靠性，调整和维修的方便性，以及投资和运行费用等。(1)He-Cd