激光快速成型

激光快速成型第一页，共五十二页，2022年，8月28日激光快速成型一、引言二、现状三、历史发展概况四、激光快速成型技术原理五、与传统工艺比较它有那些主要优点六、几种激光快速成型技术介绍七、应用与发展前景第二页，共五十二页，2022年，8月28日

激光快速成型技术是上个世纪80年代发展起来的一门高新技术。它是利用激光技术、CAX技术、自动控制技术、新材料技术、直接造型、快速制造产品模型的一们多学科综合技术。目前，激光快速成型技术主要应用在航空航天、汽车、玩具制造等行业。引言第三页，共五十二页，2022年，8月28日

从国际市场来看，RP市场正逐渐向RM（快速制）市场发展，RP市场本身已进入成熟的商业化阶段。我国已初步形成了RP设备和材料的制造体系。近年来，我国已经建立一批向企业提供RP技术的服务机构，并开始起到了积极的作用,推动了该技术在我国的广泛应用。现状第四页，共五十二页，2022年，8月28日1﹑什么是激光快速成型技术快速成型技术是将CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。2﹑激光快速成型与传统工艺比较新旧流程图如下图第五页，共五十二页，2022年，8月28日第六页，共五十二页，2022年，8月28日激光快速成型发展历史第七页，共五十二页，2022年，8月28日第八页，共五十二页，2022年，8月28日

激光成型技术原理为离散、堆积理论。通过离散获得堆积的路径、限制和方式，通过堆积材料叠加起来形成三维实体。

激光快速成型技术原理第九页，共五十二页，2022年，8月28日激光快速成型技术的基本原理第十页，共五十二页，2022年，8月28日与传统工艺比较它有那些主要优点1﹑快速性2﹑适合成型复杂零件3﹑高度柔性4﹑高度集成化第十一页，共五十二页，2022年，8月28日快速性：生产制品的周期较传统加工工艺短。RP对设计的敏感性很低，制造时几乎不用考虑制品的外形问题，由此可节约大量时间。适合成型复杂零件：不论零件多复杂，都由计算机分解为二维数据进行成型制作，无简单复杂之分，因此他特别适合成型形状复杂，传统方法难以制造甚至无法制造的零件。第十二页，共五十二页，2022年，8月28日高度柔性：零件在一台设备上即可快速成型出具有一定精度﹑满足一定功能的原理及零件（若要修改零件只要修改CAD模型即可）高度集成化：激光快速成型技术将CAD数据转换成STL格式后，即可开始快速制作（该过程是二维操作在CAD只完成的）。第十三页，共五十二页，2022年，8月28日几种激光快速成型技术介绍1﹑立体光造型技术2﹑选择性激光烧结技术3﹑激光熔覆成形技术4﹑激光近型制造技术5﹑薄片叠成制造技术第十四页，共五十二页，2022年，8月28日一﹑立体光造型技术

原理：计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层(约十分之几毫米)产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。第十五页，共五十二页，2022年，8月28日立体光造型技术的原理示意图第十六页，共五十二页，2022年，8月28日

1、系统工作稳定。2、尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在

0.1mm以内。3、表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平；比较适合做小件及较精细件。可直接制造塑料件，产品为透明体。4、系统分辨率较高，因此能构建复杂结构的工件。5、成形速度较快。

优点第十七页，共五十二页，2022年，8月28日

1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。

2、成型件需后处理，二次固化，防潮处理等工序。

3、光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好；工作温度不能超过100℃，成形件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。4、氦-镉激光管的寿命仅3000小时，价格较昂贵，运行费用高同时需对整个截面进行扫描固化，成型时间较长，因此制作成本相对较高。

5、可选择的材料种类有限，必须是光敏树脂。6、需要设计工件的支撑结构，支撑结构需在未完全固化时手工去除，容易破坏成型件。缺点第十八页，共五十二页，2022年，8月28日立体光造型制造的蜂窝结构第十九页，共五十二页，2022年，8月28日二﹑选择性激光烧结技术

原理：SLS技术与SLA技术很相似，只是用粉末原料取代了液态光聚合物，并以一定的扫描速度和能量作用于粉末材料。第二十页，共五十二页，2022年，8月28日第二十一页，共五十二页，2022年，8月28日1、与其他工艺相比，能生产很硬的模具。有直接金属型的概念。2、可以采用多种原料，例如绝大多数工程用塑料、蜡、金属、陶瓷等。3、零件的构建时间短，可达到1in/h高度。4、无需对零件进行后矫正。5、无需设计和构造支撑。优点第二十二页，共五十二页，2022年，8月28日

1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。2、预热和冷却时间长，总的成形周期长。3、成形件强度和表面质量较差，精度低。表面粗糙度的高低受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。4、零件的表面一般是多孔性的，为了使表面光滑必须进行渗蜡等较复杂的后处理。在后处理中难于保证制件尺寸精度，后处理工艺复杂，样件变型大，无法装配。5、需要对加工室不断充氮气以确保烧结过程的安全性，加工的成本高。6、该工艺产生有毒气体，污染环境。缺点第二十三页，共五十二页，2022年，8月28日选择性激光烧结技术的应用

美国DTM公司研制出SLS2000系列第三代产品，该系统能烧结蜡、聚碳酸酯、尼龙、金属等各种材料。用该系统制造的钢铜合金注塑模具，可注塑5万件工件。近年来基于RPM技术模具制造技术已从最初的原型制造，发展到快速工模具制造,成为国内外应用研究开发的重点。第二十四页，共五十二页，2022年，8月28日

粉末烧结激光快速成形系统（SLS）

第二十五页，共五十二页，2022年，8月28日第二十六页，共五十二页，2022年，8月28日从美国选购之选择性激光烧结系统:2500plus第二十七页，共五十二页，2022年，8月28日三﹑激光熔覆成形技术LCF

原理：LCF技术的工作原理与其他快速成形技术基本相同，也是通过对工作台数控，实现激光束对粉末的扫描、熔覆，最终成形出所需形状的零件。第二十八页，共五十二页，2022年，8月28日1、激光束的能量密度高，作用时间短，使基材热影响区及热变形均可降低到最小程度。2、可对基材表面进行改性。3、熔覆层组织致密，微观缺陷少，结合强度高，性能更优。4、熔覆层的尺寸大小和位置可以精确控制。5、无污染无辐射低噪声劳动条件得到较大程度的改善。优点第二十九页，共五十二页，2022年，8月28日精度和强度的影响因数：零件切片方式、激光熔覆层厚度、激光器输出功率、光斑大小、光强分布、扫描速度、扫描间隔、扫描方式、送粉装置、送粉量及粉末颗粒的大小等因素均对成形零件的精度和强度有影响。

与其他快速成形技术的区别：激光熔覆成形能制成非常致密的金属零件，其强度达到甚至超过常规铸造或锻造方法生产的零件，因而具有良好的应用前景。第三十页，共五十二页，2022年，8月28日激光对瓦楞辊进行熔覆过程第三十一页，共五十二页，2022年，8月28日风机叶轮轴颈激光熔覆第三十二页，共五十二页，2022年，8月28日激光熔覆成型第三十三页，共五十二页，2022年，8月28日四﹑激光近型制造技术LENS

原理：

LENS技术是将SLS技术和LCF技术相结合，并保持了这两种技术的优点。

系统组成：：计算机、高功率激光器、多坐标数控工作台、送粉装置。

第三十四页，共五十二页，2022年，8月28日优点：

除了有SLS的优点外,还有成型金属零件非常致密，力学性能优良等优点。选用的金属粉末形式：1﹑单一金属，

2﹑金属加低熔点金属粘结剂，

3﹑金属加有机粘结剂。

第三十五页，共五十二页，2022年，8月28日五﹑薄片叠成制造技术（LOM）

优点：节约材料，生产周期短。

原理：是利用在一定条件下（如加热等）可以黏结的带状材料（通常使用纸或陶瓷基或金属材料），运用激光切割出按照RP软件离散出的各层形状，随后再使各层黏合为一个几何整体。第三十六页，共五十二页，2022年，8月28日第三十七页，共五十二页，2022年，8月28日应用第三十八页，共五十二页，2022年，8月28日1﹑用于制造复杂形状的零件2﹑快速制造原型3﹑用于制造多种材料或非均匀材料的零件4﹑用于制造活性金属的零件5﹑用于小批量生产塑料制件6﹑用于制造各种模具或模型应用第三十九页，共五十二页，2022年，8月28日1﹑用于制造复杂形状的零件：

特别适用于在航天航空工业中制作大型加强筋的整体薄壁结构。在制造内部型腔时，不需要做芯子和模子，故特别适合制造很小的零件，很薄的壁及雕刻表面。2﹑快速制造原型：可以在极短的时间内制造出原件，进行外观﹑功能和合运动上的考核，发现错误和及时纠正，避免由于设计错误而带来的工装和模具的浪费。3﹑用于制造多种材料或非均匀材料的零件：再制造多种材料的种类，因此可以生产出各种不同材料、颜色、机械性能、热性能组合的器件。第四十页，共五十二页，2022年，8月28日4﹑用于制造活性金属的零件：

由于激光快速成型制造能够提供良好的工作环境，材料浪费少，所以可以用于加工活性金属（钛钨镍）及其他特殊金属。另外，它还可以用于大型金属龄零件的修复5﹑用于小批量生产塑料制件:

从投入与产出角度看，一个塑料制件模具需要生产数千个零件才划的来，几十件到几百件可以用于快速成型法来经济的生产;特别是在不同的零件生产时，快速成型法优点更加明显。6﹑用于制造各种模具或模型:

选择性激光烧结技术在航空工业中最有发展前途的运用，就是制造精密铸造中的陶瓷模壳和型芯。采用该技术的主要优点是，可以制造壳型的蜡模﹑蜡模浇注系统及蜡模的熔化登一系列复杂的工艺和设备，因此，声场周期短﹑成本低。第四十一页，共五十二页，2022年，8月28日展望未来第四十二页，共五十二页，2022年，8月28日快速成型技术存在的问题

1﹑零件精度不够高

2﹑材料种类不够高

3﹑机械性能不够高

第四十三页，共五十二页，2022年，8月28日1﹑分成方式演变

PR数据处理过程是将CAD数据模型STL文件按一定方式分层片模型数据CLI文件，以便于加工成层片从而堆积成实体。目前传统的分层已从二维平面分层向空间的曲面分层。2﹑材料功能

具有特定功能的电﹑磁的特殊功能材料（超导体﹑磁存储介质）采用快速成型技术制造。3﹑组织工程材料

生物医学工程已成为新的科学研究热点，其中生命体的人工合成和器官的人工替代是该领域的科学前沿。快速成技术的发展趋势第四十四页，共五十二页，2022年，8月28日第四十五页，共五十二页，2022年，8月28日其它应用

Helisy公司利用LOM工艺切割金属薄板并层压成金属零件；AEROMet公司生产的钛合金结构件已经获准在时间飞机上使用，例如F22飞机内龙骨腹板FA18EF飞机的机翼翼根吊环和用于降落的连接杆C17飞机外挂架的仪表板和整流板以及伊拉克战争中F15飞机上替换铝合金使用钛合金外挂架异肋等。第四十六页，共五十二页，2022年，8月28日激光烧结快速成型第四十七页，共五十二页，2022年，8月28日激光快速成型：电话机壳第四十八页，共五十二页，2022年，8月28日广州瑞通与华南理工大学联合开发的SLM设备外观第四十九页，共五十二页，2022年，8月28日

RP是一种处在发展完善过程的高新技