选择性激光熔化成形关键基础问题的研究进展_李瑞迪

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1、专稿FEATURE选择性激光熔化成形关键*基础问题的研究进展ResearchProgressofKeyBasicIssueinSelectiveLaserMeltingofMetallicPowder西北工业大学凝固技术国家重点实验室李瑞迪华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室魏青松　刘锦辉　史玉升中南大学粉末冶金国家重点实验室袁铁锤SLM技术集成了先进的激光技术、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术、计算机控制技术、真空技术、粉末冶金技术。SLM技术的出现给复杂金属零件的制造带来了一场革命。当前，SLM技术的研究正成为热

2、点并受到国内外学术界和制造界的广泛重视。（RapidPrototyping&Manufacturing，术的出现给复杂金属零件的制造带RP&M）的最新发展形式之一。SLM来了一场革命。当前，SLM技术的成形技术基于分层-叠加制造的思研究正成为热点并受到国内外学术想，利用高能量激光束将金属粉末逐界和制造界的广泛重视。在国外，研李瑞迪西北工业大学材料学院博士后，从层熔化并成形为金属零件，具有制作究SLM的国家主要集中在德国、日事激光快速成形与焊接方面的研究，参形状复杂、相对密度高、节省材料等本、比利时、法国等。其中德国是研加多项科研项目，

3、已发表学术论文20优点[1-2]。SLM成形的基本思想与其究该技术最早、技术最成熟的国家。余篇。他快速成形技术相同：首先建立零德国的MCP公司和EOS公司、法国件的CAD模型，对零件原型逐层切的Phenix公司推出了商品化的激光基于快速制造高性能复杂金片，每一层切片均包含截面的几何信熔化成形设备，并在国际上处理领先属零件的需求，选择性激光熔化息，并生成STL格式文件。然后在计地位。国内从事SLM设备与工艺研（SelectiveLaserMelting,SLM）快速算机控制下利用高能激光束熔化切发的单位主要有华中科技大学快速成形技术诞生

4、了，它是快速原型制造片区域内的金属粉末，采用增长制造成形中心及光电国家实验室、华南的原理成形出金属零件。理工大学、南京航空航天大学、西北总之，SLM技术集成了先进的工业大学等。华中科技大学和法国*　国家自然科学基金项目（51101126）、激光技术、计算机辅助设计与制造Phenix公司采用SLM制作的复杂金中国博士后科学基金（20110491684）、（CAD/CAM）技术、计算机控制技术、属零件分别如图1、图2所示。粉末冶金国家重点实验室开放基金（20110942K）资助。真空技术、粉末冶金技术。SLM技目前，SLM技术在国外已经用

5、26航空制造技术·2012年第5期专稿FEATURE于航空航天、生物医学、军事装备等光熔化后如果不能均匀地铺展于前之，当θ﹥90°时，SLM熔池将凝固领域关键零部件的制造，取得了积极一层，而是形成大量彼此隔离的金属成金属球后粘附于前一层上。这时，进展，成为RP&M技术重要的发展球，这种现象被称为SLM过程的球-1﹤cosθ﹤0，可以得出球化时界[3]方向。但是，由于SLM伴随复杂的化现象，如图3所示。球化现象对面张力之间的关系为：物理化学冶金等过程，成形过程容易SLM技术来讲是一种普遍存在的成σV/S+σL/V>σL/S。（2）产生球

6、化的原因主要是吉布斯自由能的能量最低原理。金属熔池凝固过程中，在表面张力的作用下，熔池形成球形以降低其表面能。目前，SLM球化的形成过程、机理与控制方法是技术难点。下面将具体介绍目前国内外在直接激光熔化成形过程球化工艺控制与机理分析方面的研究状况。白俄罗斯科学院的NikolayK.学者研究了激光与金属粉末作用时球[4]化形成的具体过程。该研究将球图1华中科技大学快速制造中心采用SLM制作的复杂金属零件化过程分别描述为碟状、杯状、球状形缺陷，严重影响了SLM成形质量。3种典型的形状，并分析了它们各自球化的产生会使铺粉辊在铺粉过程形成的机

7、理。但是SLM过程涉及复中与前一层产生较大的摩擦力，不仅杂的线、面、体成形，该研究并没有指会损坏金属表面质量，严重时还会阻出SLM在多层成形过程中球化的形碍铺粉辊使其无法运动，最终导致成成特点、机理与控制方法。形零件失败。南京航空航天大学的顾冬冬博球化现象产生归结为液态金属士研究了铜基合金与不锈钢在CO2与固态表面的润湿问题。图4为熔激光器直接成形时的球化行为，分析[5]池与基板润湿状况示意图。了球化产生的机理，如图5所示。三应力接触点达到平衡状态时该研究指出铜基合金激光直接成形[1]合力为0，即：时的球化特征可分为以下几种类型：σV

8、/S=σL/Vcosθ+σL/S，（1）（1）由初始扫描道分裂形成的较为其中，θ为气液间表面张力σL/V与粗大的球体，被称作“第一线球化”，液固间表面张力σL/S的夹角。当θ可以通过对粉床的预热来消除；（2）﹤90°时，