激光快速成形技术在发动机上的应用

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1、综述2014年2月第1期激光快速成形技术在发动机上的应用刘林波张亮邓德军(北京动力机械研究所，北京100074)摘要：针对激光快速成形技术，综述其原理、分类以及现阶段发展和应用情况，分析了激光快速成形在新型发动机上的应用前景和推广应用面临的困难。关键词：激光快速成形；发动机；铺粉式；送粉式ApplicationofLaserRapidForminginEngineLiuLinboZhangLiangDengDejun（BeijingPowerMachineryInstitute,Beijing100

2、074）Abstract：Thepaperintroducesthedefinition,theorem,classificationandpresentdevelopmentsituationofLASERrapidformingandanalyzesitspotentialapplicationprospectinnewengineanddifficultyofextendedapplication.Keywords：Laserrapidforming；engine；powerspreading

3、style；powerfeedingstyle1引言采用激光快速成形技术在一定程度上能够较好地解决传统工艺方法难以加工或加工周期漫长的问题，但近几年来，“3D打印”号称引领制造业变革的新仅限于目前已开发材料和一定尺寸的难加工结构件，兴技术，尤其是金属材料的“3D打印”，受到了国内并非适用于所有零件。外航空航天单位的广泛关注。在业内，金属材料的“3D打印”应用最多的方法为“激光快速成形”，或称为3分类及特点“激光增材（增量）制造”（电子束快速成形也是金属材料“3D打印”技术的一种，在本文中不做介绍），

4、按金属粉末的提供方式不同激光快速成形可分本文使用“激光快速成形”作为该技术的名称。从目为送粉式和铺粉式两类，也分别被称为激光沉积成形前的发展情况来看，激光快速成形在航空航天、生物（LaserSolidForming，LSF）和激光选区熔化[1]医学等领域有着比较好的前景，而航空航天发动机因（SelectiveLaserMelting，SLM）。其流程分别如其复杂结构，将成为该技术重点应用的方向。下：送粉式：如图1所示，由左至右，首先在计算机2综述中生成待加工零件的三维模型，该模型可以为理论模型，也可

5、以为施加支撑的工艺模型，其具体形式需根激光快速成形，是根据数字模型，利用激光熔化据零件的实际结构确定，然后将该模型按一定角向和金属粉末，层层堆积来生产三维实体的技术。激光快厚度分层，在数控机床的带动下，激光束逐层扫描，速成形的原理为：在零件数字化模型基础上，将其按并将金属粉末同步送入激光光斑内熔化、堆积，最终一定方向、一定厚度分层，得到一系列二维轮廓数据，形成三维实体零件或需进行少量加工的毛坯。采用激光束作为热源，沿二维轮廓扫描、熔化金属粉末逐层堆积，最终获得组织致密的“近净形”零件。作者简介：刘林

6、波（1964-），高级工程师，精密机械仪器专业；研究方向：航天发动机设计及制造研究。收稿日期：2013-12-246综述航天制造技术吹出的气流影响。d.粉末流量控制。铺粉式预置粉末厚度可控制在单个粒度范围，送粉式送出的粉末处于复杂的流场环境，稳定的送粉流量及流量与激光功率间的配合极难控制，另外，送粉嘴受到粉末冲击和激光等离子体作[1]图1送粉式激光快速成形流程示意图用发生磨损或破坏，将直接导致送粉的不稳定。基于激光快速成形两种方法的特点，送粉式激光铺粉式：如图2所示，与送粉式采用相同的三维快速成形适

7、用于为大尺寸或常规机械加工去料量极建模和分层方式，所不同的是，金属粉末按照设定的大的结构件提供“毛坯”；铺粉式激光快速成形适用层后首先在平台上预置并刮平，根据对应分层的二维于较高精度小尺寸复杂结构件。从发动机的结构特征轮廓使用激光束扫描熔化粉末，一层截面成形完成分析，铺粉式在该方向更有发展前景，主要适合于以后，铺上新的一层材料粉末，按照新的轮廓继续扫描，下方面应用：使金属粉末与上一层截面牢固结合，如此逐层成形出a.小尺寸部件。目前，低速度和技术上的障碍将三维实体零件。激光快速成形限制于相对较小的零部

8、件领域。b.预研阶段产品。从预研阶段首次设计的产品快速制造方面，除结构非常简单的零件外，激光快速成形与传统加工方法相比有绝对优势，特别适合新型发动机研制阶段状态多变的重要结构件。c.高复杂性产品。从成本和生产周期考虑，结构简单的零件并不适合激光快速成形。目前高复杂性结构产品通常采用锻造或铸造的方法加工初始“坯料”，再经高自由度数控加工系统和电加工系统反复加工，图2铺粉式激光快速成形流程示意图或者在精密铸造的半成品基础上辅以机械加工而成，相比以上方法，激光快速成形有较大