激光快速成型技术及其应用

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1、先进制造论文激光快速成型技术及其应用班级：姓名：学号：时间：10激光快速成型技术及其应用摘要：本文详细分析介绍了激光快速成型技术的产生背景、主要类型、工作原理、优缺点及应用，对国内外激光快速成型技术的发展现状、研究进展、主要成绩等进行分析比较，在此基础上分析了市场上激光快速机的类型、生产主要产品、市场价格进行对照，同时总结了激光快速成型技术遇到的技术问题，为激光快速成型技术的发展指明方向。关键词：激光快速成型；逐点逐层堆积；快速制造一、引言快速成型(Rapidprototyping——RP)是20世纪80年代后期开始商品化的一种高新制造技术，是一种

2、新型的数字化离散／堆积成捌过程，无需任何模具，可直接由CAD模型快速制造出任意复杂形状的三维实体模型，可以对产品设计进行快速评价、修改，以响应市场需求，从而显著缩短零件制造周期、降低零件制造成本、提高材料利用率，实现了高效、低耗、智能化的目的。1）蜡模型鼻赝复体 2）DTM精细尼龙产品图1激光快速成型技术产品   而在众多的成型技术中，选择性激光烧结原料(SelectiveLaserSintering-SLS)因为具有成型速度快、精度高、材料选择面广和适用于多种用途的特点，而得以迅速发展。选择性激光烧结(SLS)突出的优点：以粉末作为成型材料，所使

3、用的成型材料十分广泛，从理论上讲，任何被激光加热后能够在粉粒间形成原子间连接的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。目前，在SLS系统上已经成功的用石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料进行了烧结。由于SLS成型材料品种多、用料节省、成型件性能广泛，适合多种用途，所以SLS的应用越来越广泛。一、激光快速成型的工作原理高性能金属零件的激光快速成形技术是结合快速原型制造技术及激光熔覆技术而发展起来的一种先进制造技术，该技术通过高功率激光熔化同步输送的原料粉末（预合金化粉末、元素混合粉、金属与陶瓷的混合粉末等）或丝材，在沉积基板的配合运动下，逐点

4、逐层堆积材料，通过不断生长制备出零件。（见图2）10图2激光快速成型技术原理目前激光快速成型主要工艺方法及其分类见图3所示。下面主要介绍目前较为常用的工艺方法。图3  快速成型主要工艺方法及其分类1、选择性激光烧结法（SLS）选择性激光烧结法是在工作台上均匀铺上一层很薄(100μ-200μ)的作金属(或金属)粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层截面轮廓逐点地进行扫描、烧结，使粉末固化成截面形状。完成一个层面后工作台下降一个层厚，滚动铺粉机构在已烧结的表面再铺上一层粉末进行下一层烧结。未烧结的粉末保留在原位置起支撑作用，这个过程重复进行直至完成整个

5、零件的扫描、烧结，去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理后便获得需要的零件。用金属粉或陶瓷粉进行直接烧结的工艺正在实验研究阶段，它可以直接制造工程材料的零件如图4。SLS工艺的优点是原型件机械性能好，强度高；无须设计和构建支撑;可选材料种类多且利用率高(100%)。缺点是制件表面粗糙，疏松多孔，需要进行后处理;制造成本高。采用各种不同成分的金属粉末进行烧结，经渗铜等后处理特别适合制作功能测试零件;也可直接制造金属型腔的模具。采用蜡粉直接烧结适合于小批量比较复杂的中小型零件的熔模铸造生产。10图4 工件的成形原理2、光固化法(SLA，Stereoli

6、thographyApparatus)光固化法(SLA)是目前最为成熟和广泛应用的一种快速成型制造工艺（如图5）。这种工艺以液态光敏树脂为原材料，在计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合(固化)反应，从而形成零件的一个薄层截面。完成一个扫描区域的液态光敏树脂固化层后，工作台下降一个层厚，使固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描、固化，新固化的一层牢固地粘接在一层上，如此反复直至完成整个零件的固化成型如图。图5立体光固化成型法原理图SLA工艺的优点是精度较高，一般尺寸精度可控

7、制在0.01mm;表面质量好;原材料利用率接近100%;能制造形状特别复杂、精细的零件;设备市场占有率很高。缺点是需要设计支撑;可以选择的材料种类有限;制件容易发生翘曲变形;材料价格较昂贵。该工艺适合比较复杂的中小型零件的制作。3、熔融沉积成型法(FDM,FusedDepositionModeling)这种工艺是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积（如图6）。每完成一层，工作台下降一个层厚进行迭加沉积新的一层，如此反复最终实现零件的沉积成型。FDM工艺的关键是保持半流动成型材

8、料的温度刚好在熔点之上(比熔点高1℃左右)。其每一层片的厚度由挤出丝的的直径决定，通常是0.25~0.50mm。10图6熔