金属零件激光直接快速成形技术的研究(上)——国外篇

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1、2005年第39卷N53金属零件激光直接快速成形技术的研究（上）———国外篇张凯1，2刘伟军1尚晓峰1，2王天然11中国科学院沈阳自动化研究所2中国科学院研究生院摘要：金属零件激光多层熔覆直接快速成形技术是目前快速成形领域的研究热点，本文系统介绍了国内外激光熔覆直接快速制造成形工艺的最新研究进展。研究表明，金属零件激光熔覆直接快速成形工艺具有常规制造方法无法比拟的优势，有着广阔的发展前景。关键词：激光多层（三维）熔覆，直接快速成形，金属零件ResearchonTechnologyofDirectlyLas

2、erRapidManufacturingMetalPartZhangKaiLiuWeijunShangXiaofengetalAbstract：Thenewtechnology，directlyrapidprototypingofmetalcomponentsbylasermulti-layercladding，isahottopicintheRP（rapidprototyping）field.Thelatestachievementsaboutmanufacturingmetalpartsbyusing

3、thenewtechnologyarede-scribedindetail，whichshowsthatcomparativetotheconventionaltechnologies，thenewoneholdsmanyoverwhelmingadvantagesandgreatlydevelopingpromises.Keywords：Lasermulti-layercladding，directlyrapidprototyping，metalparts景下，金属零件激光直接快速成形工艺技术迅速成1引

4、言为RP领域乃至整个制造装备业的研究热点，国际快速原型技术（RapidPrototyping，RP）是20世纪上众多的学者和研究机构纷纷投入到这项新技术的80年代末兴起并得到迅速发展的崭新的制造技术，研究当中，短短几年间诞生了多种基于此种成形原被认为是近代制造技术发展史上的又一个里程碑。理和加工方法的先进制造技术。快速原型技术作为一种与传统的去除材料加工相反2金属零件激光直接快速成形技术的的加工技术———增材制造技术，自出现以来已对制原理及特点造业产生了深远的影响，已在产品设计评估与审校、零件功能实验、快

5、速模具制造等方面取得重要应用，金属零件的激光直接快速成形技术融合了选择并在汽车、电子、国防军事、航空航天、家电、医学、建性激光烧结技术和激光熔覆技术，以“离散+堆积”筑等领域得到成功应用。由于采用快速原型技术不的成形思想为基础，首先在计算机中生成最终功能仅可以显著缩短新产品的开发周期，节省开发费用，零件的三维CAD模型，然后将该模型按一定的厚度而且可以大大降低产品的开发风险，提高产品在市分层“切片”，即将零件的三维数据信息转换为一系场上的竞争力。在早期的快速原型技术当中，所使列的二维轮廓几何信息，层面几何

6、信息融合成形参用的材料多为纸、塑料、蜡、尼龙等，由于这些材料的数生成扫描路径数控代码，控制成形系统采用同步强度等性能很低，由此制得的零件大多只用作实际送料激光熔覆的方法按照轮廓轨迹逐层扫描堆积材金属零件的原型或模型，不能作为功能件直接满足料，最终形成三维实体零件或仅需进行少量加工的使用要求，这种致命的局限性大大限制了该项技术近形件（见图1）。在现代装备制造业的大规模应用。在这样的历史背从金属零件激光直接快速成形技术的原理可以图1金属零件激光直接快速成形技术原理示意图收稿日期：2004年11月4工具技术看出

7、，该技术与RP技术的基本思路是一致的，其实和送粉系统四部分构成。其中Nd：YAG激光器功率质就是CAD软件驱动下的激光三维熔覆过程。因700W，波长1.064µm，此波长有利于金属元素吸收激此，它具有与快速原型技术相同的特点，如柔性好光热辐射，使用6英寸焦距的平凸透镜把激光束聚（不需要专用工具、模具和夹具）、加工速度快、对零焦到加工平面上；数控运动系统可以灵活地加工复件的复杂程度基本没有限制等。除此之外，金属零杂的零件，甚至成形无需支撑的具有倾斜薄壁和悬件激光直接快速成形技术还具有一些独特的优垂结构的近形

8、件；为了克服侧向气体送粉对扫描方点［1］：①全面提高材料的力学和耐腐蚀性能；②制造向的限制，Sandia开发了一种环形粉末喷嘴（见图速度快，节省材料，降低成本；③可在零件不同部位［11］，四个喷嘴的交点和激光的焦点位置相重合，3）形成不同的成分和组织；④可以很方便地加工高熔并且汇聚在加工平面上，集中的能源避免了引入过点、难加工的材料；⑤可以加工具有倾斜薄壁、悬垂多的热量来形成熔池，从而减小了热影响区，改善了结构、复杂空腔和内流