激光增材制造复杂零件

激光增材制造复杂零件汇报人：停云2024-01-30激光增材制造技术概述复杂零件特点及挑战激光增材制造工艺规划材料选择与性能优化设备系统组成及关键技术典型应用案例分析质量检测与评价标准安全生产与环境保护要求激光增材制造技术概述01定义激光增材制造是一种通过高能激光束将材料逐层熔化并堆积成形的制造技术。原理利用计算机辅助设计（CAD）数据，将复杂的三维零件模型切片成一系列二维层面，然后通过激光束按照预定路径扫描并熔化金属粉末或非金属粉末，逐层堆积形成实体零件。激光增材制造定义与原理激光增材制造技术起源于20世纪80年代，随着激光技术、材料科学和计算机技术的不断发展，逐渐成为一种先进的制造技术。发展历程目前，激光增材制造技术已经在航空航天、汽车、生物医疗等领域得到了广泛应用，并逐渐向更广泛的领域拓展。同时，随着技术的不断进步，制造精度和效率也在不断提高。现状技术发展历程及现状应用领域激光增材制造技术适用于制造具有复杂形状、高精度和高性能要求的零件，如航空发动机叶片、汽车发动机缸体、生物医疗植入物等。市场前景随着制造业的转型升级和智能制造的快速发展，激光增材制造技术的市场需求将不断增长。同时，随着新材料、新工艺的不断涌现，激光增材制造技术的应用范围将进一步扩大，市场前景广阔。应用领域与市场前景复杂零件特点及挑战02复杂零件通常指具有复杂几何形状、精细结构、高精度要求的零件。根据其结构特点，复杂零件可分为内腔复杂、外形复杂、薄壁结构、异型结构等类型。复杂零件在航空、航天、能源、医疗等领域具有广泛应用。复杂零件定义与分类成形精度控制材料性能优化缺陷控制支撑结构设计制造过程中的技术挑战01020304激光增材制造过程中，由于逐层堆积的特点，易产生热变形、收缩等成形精度问题。不同材料在激光作用下的熔化、凝固行为不同，需针对特定材料进行优化。制造过程中可能出现气孔、裂纹、未熔合等缺陷，需通过工艺参数调整进行控制。对于悬空结构或大面积实体结构，需设计合理的支撑结构以保证成形质量。质量控制与性能要求建立完善的质量控制体系，包括原材料检测、过程监控、成品检验等环节。根据零件使用要求，制定相应的性能指标，如强度、硬度、耐磨性、耐蚀性等。采用X射线、超声等无损检测技术对零件内部缺陷进行检测。对成形后的零件进行热处理、机加工等后续处理，以提高其综合性能。质量控制体系性能指标无损检测后续处理激光增材制造工艺规划03利用CAD软件构建零件的三维模型，确保模型的准确性和完整性。零件三维模型构建模型优化导入与处理针对激光增材制造的特点，对模型进行优化处理，如去除不必要的支撑结构、优化零件壁厚等。将优化后的三维模型导入到激光增材制造设备中，进行切片处理和路径规划。030201零件三维模型构建与优化采用高效的路径规划算法，生成激光增材制造的扫描路径。路径规划算法根据零件的几何特征和材料特性，选择合适的扫描策略，如分区扫描、螺旋扫描等。扫描策略对生成的扫描路径进行优化处理，提高制造效率和零件质量。路径优化激光增材制造路径规划根据材料特性、零件几何特征和激光增材制造设备的特点，设置合适的工艺参数，如激光功率、扫描速度、送粉量等。工艺参数设置在制造过程中，根据实时监测数据和零件质量要求，对工艺参数进行动态调整。参数调整策略建立工艺参数数据库，为后续的激光增材制造提供数据支持和参考。数据库建立工艺参数设置与调整策略材料选择与性能优化04钛合金铝合金镍基合金不锈钢常用金属材料及其特性高强度、耐腐蚀、高温性能好，适用于航空、航天等领域。高温强度高、抗氧化性好，适用于燃气轮机、火箭发动机等高温部件。轻质、导热性好、加工性能优良，广泛应用于汽车、机械等领域。耐腐蚀性好、机械性能稳定，适用于医疗器械、化工设备等领域。等离子旋转电极法利用等离子弧将金属电极熔化，并在离心力作用下制成粉末，适用于高熔点金属和合金的制备。气雾化法通过高速气流将金属液体雾化成微小液滴，再凝固成粉末，具有球形度高、粒度分布窄等优点。机械合金化法通过高能球磨将金属粉末混合并发生机械合金化反应，可制备出具有特殊性能的复合材料粉末。粉末材料制备与处理技术材料的力学性能（如强度、韧性等）直接影响零件的承载能力和使用寿命。材料的热物理性能（如热导率、热膨胀系数等）对零件的热应力和变形行为有重要影响。材料的化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）关系到零件在特定环境下的稳定性和耐久性。粉末材料的粒度、形状和分布等特性对零件的致密度、表面质量和性能均匀性有显著影响。01020304材料性能对零件质量的影响设备系统组成及关键技术05

激光器系统及其选型依据激光器类型根据增材制造工艺需求，选择适合的激光器类型，如光纤激光器、CO2激光器等。功率与能量稳定性确保激光器具有足够的功率和稳定的能量输出，以满足复杂零件制造过程中的需求。光束质量优质的光束质量是实现高精度增材制造的关键因素之一，需关注激光器的光束质量参数。送粉方式根据工艺需求选择合适的送粉方式，如同轴送粉、旁轴送粉等。喷嘴结构设计合理的喷嘴结构，以实现粉末的均匀输送和有效利用。粉末流控制精确控制粉末的流量、速度和方向，确保其在激光作用下的有效熔化和沉积。送粉器/喷嘴设计及优化实现对增材制造过程中各轴运动的精确控制，包括位置、速度和加速度等。运动控制工艺参数设置实时监控与调整数据处理与传输根据不同材料和零件形状，设置合适的激光功率、扫描速度、送粉量等工艺参数。通过传感器实时监测制造过程中的关键参数，并根据反馈信息进行实时调整，以确保制造质量和效率。实现与上位机软件的数据交互，包括模型数据处理、切片数据生成及传输等。控制系统功能与实现方式典型应用案例分析06123利用激光增材制造技术，对航空发动机叶片、涡轮盘等关键零件进行修复，恢复其使用性能，延长使用寿命。发动机零件修复通过激光增材制造技术，优化航空航天器结构，实现轻量化设计，提高载荷能力和燃油效率。轻量化结构设计激光增材制造可快速制造出具有复杂内部结构的航空航天器构件，如蜂窝结构、格栅结构等，提高整体性能。复杂构件制造航空航天领域应用案例03快速原型制造通过激光增材制造技术，快速制造出汽车原型，加速新产品的研发和上市速度。01个性化定制零件利用激光增材制造技术，根据客户需求快速制造出具有个性化特点的汽车零件，如定制化座椅、内饰件等。02复杂构件一体化制造激光增材制造可实现复杂构件的一体化制造，减少零部件数量和装配工序，提高生产效率和产品质量。汽车工业领域应用案例利用激光增材制造技术，根据患者的具体情况制造出个性化的医疗器械，如定制化义齿、矫形器等。个性化医疗器械制造激光增材制造可加工出具有良好生物相容性的材料，用于制造医疗器械，如生物陶瓷、高分子材料等。生物相容性材料制造通过激光增材制造技术，可制造出具有复杂结构和精细尺寸的手术器械，满足微创手术等高精度医疗需求。复杂手术器械制造医疗器械领域应用案例质量检测与评价标准07通过肉眼观察零件表面是否有裂纹、气孔、夹杂等缺陷。目视检测利用光学显微镜观察零件表面的微观形貌，检测表面粗糙度、波纹度等参数。光学显微镜SEM能够提供更高分辨率的图像，用于观察零件表面的微观结构和缺陷形态。扫描电子显微镜（SEM）通过非接触式测量技术获取零件表面的三维形貌数据，评估表面平整度和形状精度。三维形貌测量仪外观质量检测方法及设备利用X射线透视零件内部，检测内部裂纹、气孔等缺陷。X射线检测通过超声波在零件内部的传播和反射特性，检测内部缺陷的位置和大小。超声波检测利用电磁感应原理，通过测量零件表面涡流的变化来检测内部缺陷。涡流检测在零件表面施加磁场，通过观察磁粉在缺陷处的聚集情况来检测内部裂纹等缺陷。磁粉检测内部缺陷检测技术及手段ABCD力学性能评价指标和方法拉伸试验通过拉伸试验机对零件进行拉伸，测量其拉伸强度、屈服强度、延伸率等力学性能指标。硬度试验通过硬度计测量零件的硬度值，评估其耐磨性和抗压能力。冲击试验利用冲击试验机对零件进行冲击，评估其在冲击载荷下的韧性和抗断裂能力。疲劳试验对零件进行循环加载，模拟实际使用过程中的疲劳损伤，评估其疲劳寿命和可靠性。安全生产与环境保护要求08激光辐射安全防护措施激光设备封闭与标识确保激光设备在封闭空间内运行，并设置明显的激光辐射警示标识。个人防护装备为操作人员配备符合标准的激光防护眼镜、防护服等个人防护装备。安全操作规程制定并执行激光设备安全操作规程，确保人员接受专业培训并持证上岗。激光辐射监测与报警安装激光辐射监测装置，实时监测激光辐射强度，超标时自动报警并切断激光输出。粉尘收集系统在激光增材制造过程中设置粉尘收集系统，有效收集产生的粉尘。过滤与净化设备采用高效过滤器和净化设备对收集的粉尘进行处理，确保排放达标。局部排风装置在粉尘产生较多的区域设置局部排风装置，减少粉尘扩散。定期清洁与维护定期对粉尘收集系统、过滤与净化设备进行清洁和维护，保持其良好运行状态。