激光快速制造技术在我国航天制造领域的应用展望

《激光快速制造技术在我国航天制造领域的应用展望》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、专家特约稿航天制造技术激光快速制造技术在我国航天制造领域的应用展望1引言首都航天机械公司陈济轮随着计算机技术的飞速发展及其广泛应用，～定意义上讲已经改变了人类生活的一些方面，而计算机技术和激光技术的有效结合，也为人们改变传统的制造思维奠定了良好的基础。对于系统结构复杂，同时又是难加工材料(如高温合金、钛合金、硬质合金等)的新产品来说，用传统的加工方法无法制造，但又必须满足进入市场的快速响应要求，如何突破新产品研制周期短，保证高质量是关键。快速成形(RapidPrototyping，简称RP)技术恰好顺应了新产品研制的系列技

2、术需求。完全不同于切削、蚀除等传统的材料去除制造理念，快速成形(RP)技术是以现代计算机技术和高能束技术为基础，以材料高温熔覆“叠加”为基本思想，逐层叠加起来并最终成为所需的实体零件产品，突破了传统“去除”加工理念。在众多快速制造技术中，激光直接制造(DirectLaserFabrication，简称DLF)技术和选区激光熔化(SelectiveLaserMelting，简称SLM)技术是目前国际制造技术领域中一组新兴的先进快速成形技术之一，符合当今的“绿色制造”理念。由于激光直接制造技术和激光选区熔化技术具有各自独到的技

3、术特点，所以在国内外军、民用航空发动机特殊材料、复杂结构部组件的研制中，有着举足轻重的作用，并取得了很好的应用效果。相对于激光直接制造技术和激光选区熔化技术在国内外航空制造领域的成功应用，目前该组技术在国内航天制造领域应用很少，甚至是空白。从激光直接制造技术和激光选区熔化技术各自的技术特点分析米看，其在航天制造领域应该有良好的应用前景。2激光直接制造技术和激光选区熔化的技术特点2．1激光直接制造技术及特点激光直接制造(DLF)技术是基于激光快速成形的“堆积”式制造的基本思想，结合激光束熔化技术而综合发展起米的金属零件整体结

4、构快速直接制造技术。该技术的本质是借助现代的计算机辅助设计制造CAD／CAM，利用同轴送粉的供料方式，平台按预定的数控运动轨迹，对被送进的金属材料进行逐点、逐层的激光熔覆沉积，最后实现三维任意形状的金属结构件整体几近净成形，其基本工作原理见图l。图1激光直接制造(DLF)技术基本工作原理图激光直接制造技术有两个主要特征：采用送粉器或送丝机同步输送金属原料：采用人高功率激光器作为加热源，功率一般达到几千瓦级。激光直接制造系统一般由以下主要部分组成：中央控制及工艺软件单元：用于控制机械运动工作台的联动以及激光直接制造的其它工艺

5、因素。激光发生器：激光直接制造的加热源。DLF技术采用的激光器种类主要有C02激光器、Nd：YAG激光器和半导体激光器，功率范围可从几百瓦到几十千瓦。C02激光器发展较早，工业上应用广泛，是当前使用较多的一种激光器。Nd：YAG激光器的优点在于：激光光束可用光纤传输，明显提高了柔性；Nd：YAG激光波长较C02短，能量的反射损失少，零件变形小，工艺稳定性也高。近年来，随着大功率半导体激光器的发展，采用半导体激光器作为激光光源逐渐应用在DLF技术中。与C02激光器和Nd：YAG激光器相比，半导体激光器在大功率、光能吸收率、光

6、电转换效率及运行成本．卜有明显的优势，也是发展应用的趋势。同轴送粉及

7、IJJ收装置：为了使熔覆层在各个方向均保持相I司的精度和性能，DLF过程中必须采用『司轴送粉方式。

8、一J轴送粉装置主要由送粉器、『一J轴送粉喷作冉简介：陈济轮(1964一)。研究员．电化学I．烈分qkl研究方向：特种加I：。现仟I艺研究所所长．一⋯，4机械I榭学会特种加I．分会常务理事．电解加I．技术分业蚕帖会剐li任．‘航天制造技术》li编。收稿

9、I期t2010-12—16专家特约稿2010年12月第6期嘴以及传送管路组成。在激光直接制造过程中，未被利

10、用的金属粉末散落在沉积基体的表面及附近，为了使激光“堆积”过程能继续正常进行。必须通过回收装置对这些粉末进行清理和回收，以便循环再利用。机械运动工作台：一般采用多轴联动数控运动工作台，实现需成形零件复杂型而轨迹的运动。气体保护单元：由于激光直接制造是在高温下进行，在制造过程中，金属材料的防氧化保护至关霞要，洲此金属材料必须在有惰性气体充分保护下进行激光直接制造。一般氮气或氩气作为工作室中的保护气体。从以上介绍可以看出，激光直接制造技术的显著特点是：借助现代的计算机辅助设计制造CAD／CAM等功能，能实现三维任意形状型而结构

11、件的整体近净成形；能实现超硬、超软、超强等难加T材料等整体结构件的直接制造；容易实现复杂型面等大型结构件“设计一T艺一加工”三维数字化制造要求；原材料的利用牢近100％，完全符合绿色制造理念；生产效率高，能人大缩短复杂型面产品的制造剧期，非常适合人型结构件的快速研制要求。但激光直接制造大犁结构件时，加工