基于粉末材料快速成形的复杂零件和模具制造技术

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1、专稿SPECIALPAPER基于粉末材料快速成形的复杂零件和模具制造技术华中科技大学史玉升黄树槐蔡道生张李超刘洁沈其文目前，复杂金属零件/模具的快速制造技术在航空航天等高科技行业的应用引人瞩目。SLM可直接制造任意复杂形状的高密度、高强度、高精度等良好机械性能的金属零件/模具，可加快制造速度，降低成本;更重要的是，它可以制造传统制造方法无法加工的复杂金属零件/模具。划分为很多种工艺，本文主要介绍了金属零件、具有随形冷却流道的模具史玉升：华中科技大学模具国家重点实验室快和铸件的快速制造工艺等方面进行系华中科技大学教授、博士生导师；塑性成速制造中心研究和开发的

2、选择性激光统研究，并在技术上取得创新和突形模拟及模具技术国家重点实验室副主烧结(SelectiveLaserSintering，SLS)破，最终目标是形成适合我国国情的任，华中科技大学快速制造中心主任，国家自然科学基金通讯评审专家，Interna-技术和选择性激光熔化(Selective高性能、高可靠、低成本成套SLS快tionalJournalofProductionResearch等LaserMelting，SLM)技术。速制造体系，并在我国推广应用，以国际著名杂志的审稿人。近年来，主持和高分子、陶瓷、金属、覆膜砂、生提高企业新产品的开发速度和参与国作

3、为骨干承担863重大目标产品及其他科物和它们的复合粉末等都可作为SLS际竞争的能力。研项目20余项；获国家科技进步二等奖1项，省科技进步一等奖1项；发表论文材料。由于成形材料广泛，特别是能SLS方法在成形高分子、陶瓷、100多篇，其中三大索引收录50余篇。目直接制造金属及其复合材料的零件/覆膜砂、生物等粉末材料时有很多优前主要从事快速成形/快速制模设备、材模具，成为目前所有快速成形方法中点。但在成形金属零件和模具时，其料及成形工艺的研究与开发最具发展前景的技术。成形产品存在致密度低、机械性能差华中科技大学模具国家重点实验和精度差等缺陷，需要通过渗金属等粉末

4、材料激光快速成形技术应用室快速制造中心从1998年开始，主要复杂的后处理工艺才能使用。因此，分层制造思想，用粉末将CAD模型从高性能、高可靠、低成本SLS主机近年来，在SLS快速成形技术的基础转换为零件，不受零件形状复杂程度及其软件，适合不同用途的低成本上，形成了一种新的SLM快速成形的限制，无需任何工装模具。它可以SLS材料及其制备方法，塑料零件、技术,它可以采用小功率激光器直接30航空制造技术2006年第4期专稿SPECIALPAPER快速制造致密度可达100%、精度达统硬件的成本。3软件±0.1mm的各种复杂金属零件/模(2)真空注型设备。软件包括在

5、线实时区域自适应切具，SLM制件只需经过少量的加工利用SLS原形(或其他原形零件)片软件、直接切片软件系统、工艺参（如抛光等），就可以达到较高的精快速制作硅橡胶模具，利用此模具，数规划智能系统、二维镂空软件等。度，无须其他的后处理工艺，具有广在真空注型设备中小批量快速浇注出4工艺阔的应用前景。塑料制品。华中科技大学开发了真空(1)塑料功能零件的制造。SLM技术[1～2]的工作原理与SLS注型设备，最大浇注尺寸为680mm对于强度要求不高(小于15MPa)技术一样，都采用激光束扫描金属粉×480mm×540mm。的塑料功能零件，为了克服国外尼龙末分层的方法制

6、造出所需的金属零2材料基结晶形高分子粉末材料制成的塑料件/模具。不同的是SLM技术使金（1)低成本SLS粉末材料[4-6]。功能件的缺陷，提出先用无定形高分属零件/模具CAD模型切片实体部国外的SLS粉末材料价格非常子粉末材料制造塑料件原形，然后再分一定层厚的金属粉末全部熔化，直昂贵，且只售给购买其SLS系统的用渗树脂增强;对于强度要求较高(大于接制造高密度金属件/模具。户，材料配方和制备方法严格保密。15MPa)的塑料功能零件，采用华中德国是最早从事SLM技术研究为此，在分析对比国外同类材料的基科技大学快速制造中心开发的尼龙基的国家。MCP-HEK公司于

7、2003年础上，以国产原材料为对象，在对粉粉末材料，用SLS方法直接制造[8]。底将SLM系统推向市场。英国利物末烧结材料的热吸收性、热传导性、(2)与传统铸造技术相结合的工浦大学是第一个购买和运用SLM系收缩率、熔点、玻璃化转变温度、熔艺[9-11]。统的用户。体粘度以及流动性等物理特性进行大用SLS技术提升传统铸造工艺量的研究和试验的基础上，研究和开水平，主要方法是用SLS技术制造熔SLS及其相关配套技术发了适合不同用途、具有自主知识产模和砂型(芯)。目前国外制作熔模的1设备权的８种SLS粉末材料，即聚苯乙烯SLS材料价格贵、汽化温度高(大于(1)SL

8、S设备包括主机和控制系(PS)基、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)基、1