高温合金yag激光直接成形特性分析

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1、-------华中科技大学硕士学位论文1绪论本章介绍了课题的目的、意义及研究背景，着重阐述了与课题相关的激光快速原型技术、激光熔敷技术、激光直接成形制造技术等基本原理和国内外现状与发展，最后提出了本课题需要解决的关键问题和开展的研究内容。1.1课题的来源和意义1.1.1课题来源课题来源于国家自然科学基金项目（50474053）和湖北省自然科学基金项目 （2005ABA297）1.1.2课题的目的和意义激光是受激辐射产生光的放大，除具有普通电磁波的一般特性外还具有自身的特点，即单色性、高方向性、高能量密度[1]。充分利用激光的

2、这些物理特性，就可以获得具有极高的功率密度热源，进行材料加工(焊接、切割和表面处理等)。激光被誉为“万能加工工具”[2-4]，在航空、航天、兵器、交通、机械等领域占有一定地位。梅曼博士发明激光器，还只是作为一项寻求应用的发明，而今它己广泛深入到科学研究和生产实践中的许多领域。激光技术理论及应用的研究和设备的进步几乎是同步的。快速成形技术起源于上个世纪80年代，其基本原理是把物体的三维CAD模型分成很多个薄片截面，在制造过程中加工一系列这样的截面，最后把这些截面叠加成完整的物体。其基本思路是“降维”，把三维加工问题转换为二维加

3、工问题[5-7]。材料一直是快速成形技术发展的核心，它直接影响到成形后，组织的物理化学性能。新材料的开发与应用，往往能使快速成形工艺、设备以及成形品质和效率发生巨大变化。但是，受成形原理和工艺过程的制约，传统的快速成形技术还存在局限性，即只能采用少数几种材料制造原型，如光敏树脂、塑料、纸、特种蜡和聚合物包覆金1-----------华中科技大学硕士学位论文属粉末等，使用这些材料成形后的零件的物理化学性能和所需求的金属功能零件有一定差距，只能作为原型观察或验证装配尺寸，不能作为功能零件使用。制造企业为了适应目前的这种多品种、小

4、批量生产方式，需要快速提供客户直接成形的金属零件产品，但是大部分快速原型制造系统出于材料和成本方面的限制还只能制造实体模型但不能应用制作实体工作零件。这些局限性导致了传统的快速成形没有在现代制造业中得到大规模应用。激光直接成形制造技术是一种先进的快速制造技术，它在缩短产品制造周期，制作复杂形状、多品种、小批量零件的生产中具有独特的竞争优势；由于激光熔积的快速加热和快速凝固特征，所制造出来的金属零件具有优良的质量和性能，成型零件致密度高能满足直接使用要求，在航天器件、飞机发动机零件及武器零件的制备上具有广阔的应用前景；此外，还

5、可以通过改变成型材料，得到不同部位由不同材料组成的零件，与材料设计相结合，可发展材料的智能制备系统[8-11]。本文正是针对目前激光直接成形技术的发展动向，结合实际情况从提高零件成形精度和表面质量出发，同时进行一系列的几何形体加工试验，为低功率YAG激光直接成形试件做出有益的尝试，同时也为激光直接成形制造微型零件提供了一条思路。1.1激光直接成形技术1.1.1激光快速成形技术的发展与应用科学史上，多科学的交叉，时常预示着新时代的到来。80年代初，随着CAD技术的发展，人们可以直接获得零件设计的三维数据。有人提出利用CAD的S

6、TL文件中的三维数据将实体模型(SolidModel)“分层割剖”，从而得到模型各分层面的二维数据。就是在这个基础上，诞生了一种全新的零件生产方法-增材制造法(MaterialIncreaseManufacturing)。它与传统机械加工中的成形加工和材料去除加工在加工思想上有本质的区别[12-16]。快速成形技术基本原理是将复杂的模型根据一定的厚度分解为多个二维图形，然后采用叠层的办法还原制造三维实体样件。其基本思路是降维，把三维加工问题转化2-----------华中科技大学硕士学位论文为二维加工的问题。近些年发展起来的

7、金属零件激光直接快速成形可以突破这一技术瓶颈，通过该技术，可以直接加工出能直接使用的功能零件。金属零件激光直接快速成形其实质就是CAD软件驱动下的激光三维熔覆过程。因此，它具有与快速原型技术相同的特点，如不需要专用模具和夹具、加工速度快、对零件的复杂程度基本没有限制等。除此之外，金属零件激光直接快速成形技术还具有一些独特的优点：①提高材料的力学和耐腐蚀性能；②制造速度快、节省材料；③通过精确改变供给的粉末成分，可在零件不同部位形成不同的成分和组织；④可以很方便地加工高熔点、难加工的材料；⑤成形的近形件仅需少量的后续机加工[1

8、7-21]。由于金属零件直接快速制造的这些优点，越来越多的研究人员投入到对这种技术的研究中，在短短几年内，诞生了多种基于该技术的先进制造方法。近些年来，快速原型制造技术在提高零件成型精度、减少制造时间、降低成本等方面取得了显著进展并逐步走向成熟，已经在汽车，机械，航空航天，医学等其它行业得