快速成型技术及应用论文

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1、基于激光快速成型技术的金属快速成型技术摘要：文章详细介绍了金属粉末快速成型的研究现状，分析了金属粉末选择性激光烧结的工艺特点，对这些工艺的影响因素进行了讨论。关键词：选区激光烧结;金属零件;影响因素。引言快速制造（RapidManufacturing）金属零件一且受到国内外的广泛重视，是当今快速成型领域的一个重耍研究方向。到FI前为止，用于直接成型金属材料、制备三维金属零件的技术主要有激光近形制造与金属粉末的选择性激光烧结技术。激光近形制造（LENS）,乂称激光熔覆制造或熔滴制造，它将激光熔覆工艺与

2、激光快速成型技术相结合，利川激光熔覆工艺逐层堆积累加材料，形成M•有三维形状的三维结构。在该方面，美国的Aeromet、德国的汉诺威激光中心以及清平大学激光加工研究中心等均进行丫大虽的研究，并得到了具奋一定形状的三维实体零件。奋异于激光近形制造，选择性激光烧结则奋选择地逐层烧结闹化粉末金诚得到三维零什。在这一领域，美国的I）™、徳国的汉诺威激光屮心等进行了多元金属的烧结研究。就选区激光烧结（SelectiveLaserSintering,SLS）而言，根据成型用金属粉末的不M，人们又开发Hi多种工艺

3、途径来实现金屈零件的烧结成型，主要有三种途径:一是利用金属粉末与有机粘结剂粉末共混粉体的间接烧结，金属粉木与有机粘结剂粉末均匀共混，烧结屮，低熔点的粘结剂粉末熔化并将商熔点的金属粉末粘结，形成原型（“绿件”），经后处理，烧失粘结剂，形成“褐件”，最后通过金属熔渗工艺得到致密的金属件；二是利用金属混合粉末的直接烧结，K中一种粉末具冇较低的熔点（如铜粉），:W—种粉末熔点较高（如铁粉），烧结屮低熔点的金属粉末铜熔化丼将难熔的铁粉粘结在一起，这种方法同样需要较大功率激光器；三是利用单一成分金属粉末的直接烧

4、结，这种方法目前主耍用于低熔点金属粉末的烧结，对熔点高的金属粉末，需采用大功率激光器。本文分別对上述的叫接和直接烧结成型工艺进行了初步的研究。1SLS的烧结原理激光选择性烧结快速成型技术是使用激光朿熔化或烧结粉末材料，利用分层的思想，把计算机中的CAD模型直接成型为三维实体零件。它的创新之处在于将激光、光学、溫度控制和材料相联系。SLS烧结原理如阁1所示，烧结过程可分为三部分：（1）首先在粉体泳上铺一薄层粉体，并压实，可以根据需要，在激光烧结前进行预热；（2）激光照射粉体层，烧结粉体，形成所设计零件

5、一层的形状；（3）粉体床下降一个薄层厚度的距离;重复上衡的过程，直到原型零件完成。SLS对粉末烧结的明显优势在于：（1）和其它的加工方法比较，能获得优沒的材料性能，同吋，它的加工材料范围比较宽（聚合物、金属、陶瓷、铸造砂等）；（2）易于实现液相烧结，烧结周期比较短；（3）比传统的烧结方法更鉍得到密实的以粉末金属为原料的产品；（4）工艺比较简单，烧结路线、烧结温度便于控制。粉体薄层图ISLS系统2金属零件间接烧结的工艺过程图2为某于小功率激光烧结快速成型设备RAP-11的金属零件快速制造的工艺过程简图

6、。由图可知，主要分三个阶段：一•是利用快速成型技术的RP原型件（“绿件”）的制作，该部分的关键在于如何选用合理的粉木配比和加工工艺参数实现原型件的制作。试验表明，对RP原型件成型来说，混合粉体中环鉍树脂粉末比例高，有利于其准确致密成型，成型质置W。但环氧树脂粘结剂含量过商，金属粉末含贷过低，则会出现褐件制作吋的烧失“塌陷”现象和金属熔渗吋出现局部渗不足现象。可见，粉末材料配比将严重影响原型件及褐件的制作质跫,而且两阶段对配比的要求相互矛盾。原则上必须兼顾绿件成型所需的最少粘结剂成分，同吋乂不致因过高

7、而导致褐件难以成型。实际加工中，环氧树脂与金属粉末的比例一般控制在1:5与1:3之间。同吋，影响激光烧结快速成型原型件质量的烧结参数很多，如粉末材料的物性、扫描叫隔、扫描层厚、激光功率以及扫描速度等。实验表明，对于小功率激光器的激光烧结快速成型系统RAP-II,激光功率可调范围很小，激光功率对烧结性能的影响可以归结到扫描速度上，血扫描速度的选择必须兼顾加工效率、烧结过程与烧结质虽的要求。较低的扫描速度，可以保证粉末材料的充分熔化，获得理想的烧结致密度；似足，扫描速度过低，材料熔化区获得的激光能景过多

8、，界易引起“爆破溅现”象，出现烧结表面“疤痕”，且熔化区（A）易出现材料“炭化”，从而降低烧结表Iftf质fi。为保证加工层面之间与扫描线之间的牢固粘结，采用的扫描间隔不宜过人。实际加工中，烧结线闹、层血叫应有少许重叠，方可获得较好的烧结质量。扫描层厚也是激光烧结成型的一个秉要参数，它的选择，也与激光烧结成型的烧结质量密切相失。扫描层厚度必须小于激光火的烧结深度，使正烧结的新层与已烧结层能中•固地粘连在一起，形成致密的烧结体，但过小的扫描层厚度，会增加烧结俺力，损坏已