激光增材制造及其工业应用PPT课件
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《增材制造》课件—02增材制造技术的常见工艺方法及其装备
选择性激光烧结（Selective Laser Sintering ，SLS）是利用粉末状材料成型的。
该工艺的基本原理如图2- 1所示 。SLS工艺的原 理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或 非金属粉末） ，在计算机控制下 ， 按照界面轮廓信 息 ， 利用大功率激光对实心部分粉末进行扫描烧结， 然后不断循环 ， 层层堆积成型 ， 直至模型完成。
（1）高温烧结 高温烧结阶段形成大量闭孔 ， 并持续缩小 ， 使孔隙尺寸和孔
隙总数有所减少 ， 烧结体密度明显增加 。在高温烧结后 ， 坯体密 度和强度增加 ， 性能也得到改善。 （2） 热等静压烧结
热等静压烧结工艺是将制品放置到密闭的容器中 ， 使用流体 介质 ， 向制品施加各向同等的压力 ， 同时施以高温 ，在高温高压 的作用下 ，制品的组织结构致密化。 （3）熔浸
图2- 16 FDM工艺原理
2.4 熔融沉积（FDM）
· 2.4.2 FDM的成型过程
FDM成型工艺在原型制作同时需要制作支撑 ， 为了节省材料成本和提高制作效率 ， 新 型的FDM设备采用双喷头 ， 如图2- 17所示 。一个喷头用于成型原型零件 ， 另一个喷头用于 成型支撑 。
FDM的成型过程是在供料辊上 ， 将实心 丝状原材料进行缠绕 ， 由电动机驱动辊子旋 转 ， 辊子和丝材之间的摩擦力是丝材向喷嘴 出口送进的动力 。喷嘴在XY坐标系运动 ，沿 着软件指定的路径生成每层的图案 。待每层 打印完毕后 ， 挤压头再开始打印下一层 ， 直 至加工结束。
定的切片软件进行切片 ， 最后将切片数据输入烧结系统。 （2） 粉层激光烧结叠加
激光烧结的过程原理如图2- 1所示 。加热前对成型空间进行预热 ，然后将一层薄薄 的热可熔粉末涂抹在部件建造室 。在这一层粉末上用CO2激光束选择性地扫描CAD部 件最底层的横截面 。 当横截面被完全扫描后 ， 通过滚轴机将新一层粉末涂抹到前一层 之上 。这一过程为下一层的扫描做准备 。重复操作 ，每一层都与上一层融合 。每层粉 末依次被堆积 ， 重复上述过程直至打印完毕。
该工艺的基本原理如图2- 1所示 。SLS工艺的原 理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或 非金属粉末） ，在计算机控制下 ， 按照界面轮廓信 息 ， 利用大功率激光对实心部分粉末进行扫描烧结， 然后不断循环 ， 层层堆积成型 ， 直至模型完成。
（1）高温烧结 高温烧结阶段形成大量闭孔 ， 并持续缩小 ， 使孔隙尺寸和孔
隙总数有所减少 ， 烧结体密度明显增加 。在高温烧结后 ， 坯体密 度和强度增加 ， 性能也得到改善。 （2） 热等静压烧结
热等静压烧结工艺是将制品放置到密闭的容器中 ， 使用流体 介质 ， 向制品施加各向同等的压力 ， 同时施以高温 ，在高温高压 的作用下 ，制品的组织结构致密化。 （3）熔浸
图2- 16 FDM工艺原理
2.4 熔融沉积（FDM）
· 2.4.2 FDM的成型过程
FDM成型工艺在原型制作同时需要制作支撑 ， 为了节省材料成本和提高制作效率 ， 新 型的FDM设备采用双喷头 ， 如图2- 17所示 。一个喷头用于成型原型零件 ， 另一个喷头用于 成型支撑 。
FDM的成型过程是在供料辊上 ， 将实心 丝状原材料进行缠绕 ， 由电动机驱动辊子旋 转 ， 辊子和丝材之间的摩擦力是丝材向喷嘴 出口送进的动力 。喷嘴在XY坐标系运动 ，沿 着软件指定的路径生成每层的图案 。待每层 打印完毕后 ， 挤压头再开始打印下一层 ， 直 至加工结束。
定的切片软件进行切片 ， 最后将切片数据输入烧结系统。 （2） 粉层激光烧结叠加
激光烧结的过程原理如图2- 1所示 。加热前对成型空间进行预热 ，然后将一层薄薄 的热可熔粉末涂抹在部件建造室 。在这一层粉末上用CO2激光束选择性地扫描CAD部 件最底层的横截面 。 当横截面被完全扫描后 ， 通过滚轴机将新一层粉末涂抹到前一层 之上 。这一过程为下一层的扫描做准备 。重复操作 ，每一层都与上一层融合 。每层粉 末依次被堆积 ， 重复上述过程直至打印完毕。
增材制造PPT课件
增材制造的分类
根据使用的材料类型，增材制造技术可分为金属 增材制造和非金属增材制造。金属增材制造包括 激光熔化、电子束熔化、粉末烧结等，非金属增 材制造包括立体光刻、喷墨打印等。
根据使用的工艺类型，增材制造技术可分为粉末 烧结、光固化、熔融沉积等。粉末烧结是最常用 的金属增材制造技术之一，而光固化则是最常用 的非金属增材制造技术之一。
知识产权问题
增材制造技术可能涉及到知识产权问题， 需要加强知识产权保护。
技术难度
增材制造技术的操作和维护需要专业知识 和技能，对人员要求较高。
质量控制难度
增材制造技术的质量控制难度较大，需要 加强质量控制。
增材制造的未来发展趋势
新材料应用
随着新材料的不断涌现， 增材制造技术的应用范围 将不断扩大。
制造技术的发展和应用。
THANKS
感谢观看
03 增材制造技术面临的挑战
增材制造技术还面临着一些挑战，如设备成本高 、材料选择有限、制造精度和稳定性有待提高等 。
展望
01
技术发展与趋势
随着技术的不断发展，增材制造技术将更加成熟和高效，制造精度和稳
定性也将得到进一步提高。同时，增材制造技术的材料选择范围也将更
加广泛，可以满足更多应用场景的需求。
案例四
总结词
直观性、降低成本
详细描述
某大学采用增材制造技术生产教学用具，可以更加直观地展示教学内容，同时相 较于传统的采购方式，降低了成本。
06
总结与展望
总结
01 增材制造技术的现状
增材制造技术目前已经广泛应用于航空航天、医 疗、建筑等领域，取得了显著的成果。
02 增材制造技术的优势
增材制造技术具有制造复杂形状的能力，提高了 制造效率，降低了制造成本，同时也为创新设计 提供了更多的可能性。
《增材制造技术》课件
弹性体
具有较好的弹性和耐磨性，常用于 制造橡胶制品、密封件和减震元件 等。
陶瓷材料
氧化铝
具有高硬度、良好的耐腐蚀性和 绝缘性能，常用于制造陶瓷制品
、耐火材料和电子元件等。
氮化硅
具有高硬度、良好的耐热性和化 学稳定性，常用于制造高温陶瓷
制品和耐磨元件等。
碳化硅
具有高硬度、良好的导热性和化 学稳定性，常用于制造高温陶瓷
设备成本
增材制造设备成本较高，对于小型企业和初创企业来说是一大挑战 。
成本挑战
材料成本
增材制造使用的特殊材料成本较高，增加了 制造成本。
运营成本
增材制造设备的维护、校准和操作需要专业 人员，增加了运营成本。
时间成本
增材制造的制造周期较长，增加了时间成本 。
市场前景
航空航天领域
增材制造技术在航空航天领域 的应用前景广阔，可制造出轻
《增材制造技术》 ppt课件
REPORTING
• 增材制造技术概述 • 增材制造技术原理 • 增材制造材料 • 增材制造的应用实例 • 增材制造技术的挑战与前景 • 增材制造技术发展趋势与展望
目录
PART 01
增材制造技术概述
REPORTING
定义与特点
定义
增材制造技术是一种通过逐层堆积材料来构 建物体的制造方法。
应用领域
航空航天
用于制造复杂零部件，减轻重量，提 高性能。
医疗领域
用于定制化假肢、医疗器械等。
汽车工业
用于快速原型制作和轻量化设计。
教育领域
用于创新教学和实验，帮助学生理解 复杂结构。
PART 02
增材制造技术原理
REPORTING
粉末床熔融
具有较好的弹性和耐磨性，常用于 制造橡胶制品、密封件和减震元件 等。
陶瓷材料
氧化铝
具有高硬度、良好的耐腐蚀性和 绝缘性能，常用于制造陶瓷制品
、耐火材料和电子元件等。
氮化硅
具有高硬度、良好的耐热性和化 学稳定性，常用于制造高温陶瓷
制品和耐磨元件等。
碳化硅
具有高硬度、良好的导热性和化 学稳定性，常用于制造高温陶瓷
设备成本
增材制造设备成本较高，对于小型企业和初创企业来说是一大挑战 。
成本挑战
材料成本
增材制造使用的特殊材料成本较高，增加了 制造成本。
运营成本
增材制造设备的维护、校准和操作需要专业 人员，增加了运营成本。
时间成本
增材制造的制造周期较长，增加了时间成本 。
市场前景
航空航天领域
增材制造技术在航空航天领域 的应用前景广阔，可制造出轻
《增材制造技术》 ppt课件
REPORTING
• 增材制造技术概述 • 增材制造技术原理 • 增材制造材料 • 增材制造的应用实例 • 增材制造技术的挑战与前景 • 增材制造技术发展趋势与展望
目录
PART 01
增材制造技术概述
REPORTING
定义与特点
定义
增材制造技术是一种通过逐层堆积材料来构 建物体的制造方法。
应用领域
航空航天
用于制造复杂零部件，减轻重量，提 高性能。
医疗领域
用于定制化假肢、医疗器械等。
汽车工业
用于快速原型制作和轻量化设计。
教育领域
用于创新教学和实验，帮助学生理解 复杂结构。
PART 02
增材制造技术原理
REPORTING
粉末床熔融
增材制造简介PPT课件
原理：液槽中会先盛满液态的光敏树脂，氦—镉激光器或氩离子激光器发射出的紫外激光束在计 算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描，这使扫描区域的树脂 薄层产生聚合反应而固化从形成工件的一个薄层。
当一层树脂固化完毕后，工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一 层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。
增材制造的原理与方法
3D打印发展与现状
一、概述
原理：目前增材制造的主要方法就是3D打印技术（3D Printing），它的基本原理是， 把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一 层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。
优势：1.制造复杂物品。（没有传统加工的限制） 2.产品多样化不增加成本。（一台打印机，不需要改动模具） 3.生产周期短。（最大的优点） 4.零技能制造。（相对于传统制造所需要的操作技能很少） 5.不占空间，便携制造。（可应用于灾区，战场） 6.节省材料。（没有废料、回料等） 7.精确的实体复制。（3D照相馆）
二、增材制造的分类
关桥院士提出了“广义”和“狭义”增材制造的概念（如图所示），“狭义”的增材 制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系；而“广义”增材制 造则以材料累加为基本特征，以直接制造零件为目标的大范畴技术群。如果按照加工材料 的类型和方式分类，又可以分为金属成形、非金属成形、生物材料成形等（如图所示）。
三、增材制造的关键技术
一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一 个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直接影响制造 精度和制件性能。
当一层树脂固化完毕后，工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一 层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。
增材制造的原理与方法
3D打印发展与现状
一、概述
原理：目前增材制造的主要方法就是3D打印技术（3D Printing），它的基本原理是， 把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一 层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。
优势：1.制造复杂物品。（没有传统加工的限制） 2.产品多样化不增加成本。（一台打印机，不需要改动模具） 3.生产周期短。（最大的优点） 4.零技能制造。（相对于传统制造所需要的操作技能很少） 5.不占空间，便携制造。（可应用于灾区，战场） 6.节省材料。（没有废料、回料等） 7.精确的实体复制。（3D照相馆）
二、增材制造的分类
关桥院士提出了“广义”和“狭义”增材制造的概念（如图所示），“狭义”的增材 制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系；而“广义”增材制 造则以材料累加为基本特征，以直接制造零件为目标的大范畴技术群。如果按照加工材料 的类型和方式分类，又可以分为金属成形、非金属成形、生物材料成形等（如图所示）。
三、增材制造的关键技术
一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一 个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直接影响制造 精度和制件性能。
先进制造技术激光加工技术ppt
激光加工技术在先进制造中的发展前景
01
精密制造与超精密制造
随着制造业的不断升级，精密制造与超精密制造已成为发展的重要趋
势。激光加工技术能够实现高精度、高质量的制造，如光学元件、半
导体芯片等精密器件的制造，具有广泛的应用前景。
02
柔性制造与个性化定制
随着消费者需求的多样化，柔性制造与个性化定制已成为制造业的重
技术要求高
激光加工技术的操作需要专业的技术人员，对技术人员的技能 要求较高。
加工材料有限
激光加工技术适用于金属、塑料等材料，对于一些特殊材料， 如玻璃、陶瓷等则较难实现加工。
如何克服激光加工技术的局限性
加强技术研发
通过加强技术研发，不断优化激光加工技术的设备及工 艺，降低成本，提高效率。
加强技术培训
激光加工技术的特点
高能量密度、高精度、低热影响区、加工速度快、可加工材 料范围广、加工质量好等。
激光加工技术的发展历程
第一阶段
第二阶段
20世纪60年代，激光器的诞生，标志着激 光加工技术的开始。
20世纪70年代，激光加工技术开始进入工 业应用，出现了激光切割、焊接、表面处理 等技术。
第三阶段
第四阶段
先进制造技术激光加工技术ppt
xx年xx月xx日
目录
• 激光加工技术概述 • 激光加工技术在先进制造中的应用 • 激光加工技术的工艺及设备 • 激光加工技术的优势及局限性 • 激光加工技术在先进制造中的发展趋势和前景 • 案例分析
01
激光加工技术概述
激光加工技术的定义与特点
激光加工技术的定义
激光加工技术是一种利用高能激光束照射在材料表面，实现 材料熔化、汽化、冲击等过程，从而对材料进行切割、焊接 、表面处理、打孔等加工的技术。
先进激光加工技术(上)ppt课件
20
交通领域中的应用
最新版整理ppt
21
（汽车制造）
最新版整理ppt
22
Audi A2 焊接
Laser welds
最新版整理ppt
23
汽车焊接件
最新版整理ppt
24
（航空领域）
1. 激光焊接
高强铝合金激光焊接已应用于空客A380，机身减重18%，成本下 降21.4%-24.3%
2. 激光分离
内容
1. 引言 2. 工业用激光器 3. 激光加工基本物理过程 4. 激光加工典型应用
在宏观制造领域中的应用 微细加工领域的应用 激光增材制造技术（3D打印技术）
最新版整理ppt
1
一、引 言
• 1960年世界上第一台激光器诞生，随后各种激光器层出不 穷，如气体、液体、固体、化学、准分子、半导体激光器 和光纤激光器等。
• 功率密度对靶材的影响：
103～104 W/cm2，加热
104～106 W/cm2，熔融
106～108 W/cm2，气化
靶
108～1010 W/cm2，等离子体
烧蚀蒸汽
激光束
激光加工：热加工，冷加工
最新版整理ppt
5
相互作用机理研究尚待深入
• 激光与材料的相互作用过程十分复杂：靶材的多 样化，作用激光参数的多样化，作用条件的多样 化。
( 1 R ) P s t od 0 [ c s ( T v T 0 ) ( L n L v )]
1. 激光功率密度越高，所需气化时间越短。
2. 气化时间比熔化时间高出一个数量级，主要原因是 沸点比熔点高很多，且气化潜热比熔融潜热大一个 数量级。
最新版整理ppt
15
举例：铝材料
增材制造简介PPT课件
一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化
是一个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直 接影响制造精度和制件性能。
二是设备的再涂层技术。增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序，再涂 层的工艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量。分层厚度向0.01mm发展， 控制更小的层厚及其稳定性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。
紫外激光束在计算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐
行逐点扫描，这使扫描区域的树脂薄层产生聚合反应而固化从形成工件的一个薄层
。
当一层树脂固化完毕后，工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树
脂表面上再覆盖一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再进行下
一优层点的：激光扫描固化。
缺点：1.材料限制：目前可用材料有限，无法支持各种各样的材料。 2.机器限制：对机器要求高，无法打印动态物体。 3.花费负担：成本昂贵，暂时难以进入大众家庭。
1. SLA(光固化技术 ) ：立体光固化成型工艺(Stereolithography Apparatus，SLA)
，又称立体光刻成型。
原理：液槽中会先盛满液态的光敏树脂，氦—镉激光器或氩离子激光器发射出的
主要内容
1、增材制造的概述 2、增材制造的原理与方法 3、3D打印发展与现状 4、4D打印技术
增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学 技术体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成 形、快速制造、3D打印等多种称谓，其内涵仍在不断深化，外延也不断扩展，这里 所说的“增材制造”与“快速成形”、“快速制造”意义相同。
增材制造技术ppt课件
3D打印机，都是“分层制造，逐层叠加”。
3D打印的工艺
1.熔积成型 FDM(Fused Deposition Modeling)
石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝
2. 选择性激光烧结。SLS（Selective Laser Sintering）尼龙、腊、ABS、 金属和陶瓷粉末。
3.立体光固化成型法SLA(Stereo Lithography Appearance)液态光敏材
PBS塑料 树脂
高强钢 钴铬合金
木材
陶瓷 尼龙
铝 镍铝合金
细胞
不锈钢 玻璃 钛
青铜合金 黄金
纸 生物墨水
钛合金 ABS塑胶
钨
3D打印能制造的物品，常常令人惊叹！，但这些 打印件没有生产标准，没有质量检测，没有安全 认证，属于“三无”产品。大部分外观、质量、 性能都赶不上常规生产方法制造出的物品。
3D打印市场情况
但美国激光快速成型全都集中在小体积高价 值的零件，还包括表面修复，表面涂层。
1.激光一走，温度迅速下降，容易出缺陷，做不了 大零件。
2.由于力学性能差，激光成型再去热等静压，性能 不如锻件，激光成型再去锻造，还是不如锻件。
3.缺乏大型装备。
美国人没办法提出了“损伤容限”的概念。 在大尺寸复杂钛合金整体结构件在F18上做试验失败3 年后，Aeromet公司倒闭。
• Stratasys 公司 （占世界3D打印机销量的一半，2011 年为2万台）
• Objet公司（世界最大的商用3D打印机） • 3D systems 公司 • EOS 、 Arcam AB、 GmbH
美国国防部资助了一系列的计划。
这些研究机构做出了大量的飞机零部件。例 如：Sandia实验室做航空发动机叶片；泵壳体尺 寸300mm左右，Los alamos 作出高温合金管。 Aeromet利用激光快速成型技术制造的多个钛合 金关键大型承力结构件；如尺寸达到2.5m、重达 130kg的大型整体筋板加强钛合金发动机框、机 翼拼接接头等已经在F22及F-18E/F上得到批量应 用。
3D打印的工艺
1.熔积成型 FDM(Fused Deposition Modeling)
石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝
2. 选择性激光烧结。SLS（Selective Laser Sintering）尼龙、腊、ABS、 金属和陶瓷粉末。
3.立体光固化成型法SLA(Stereo Lithography Appearance)液态光敏材
PBS塑料 树脂
高强钢 钴铬合金
木材
陶瓷 尼龙
铝 镍铝合金
细胞
不锈钢 玻璃 钛
青铜合金 黄金
纸 生物墨水
钛合金 ABS塑胶
钨
3D打印能制造的物品，常常令人惊叹！，但这些 打印件没有生产标准，没有质量检测，没有安全 认证，属于“三无”产品。大部分外观、质量、 性能都赶不上常规生产方法制造出的物品。
3D打印市场情况
但美国激光快速成型全都集中在小体积高价 值的零件，还包括表面修复，表面涂层。
1.激光一走，温度迅速下降，容易出缺陷，做不了 大零件。
2.由于力学性能差，激光成型再去热等静压，性能 不如锻件，激光成型再去锻造，还是不如锻件。
3.缺乏大型装备。
美国人没办法提出了“损伤容限”的概念。 在大尺寸复杂钛合金整体结构件在F18上做试验失败3 年后，Aeromet公司倒闭。
• Stratasys 公司 （占世界3D打印机销量的一半，2011 年为2万台）
• Objet公司（世界最大的商用3D打印机） • 3D systems 公司 • EOS 、 Arcam AB、 GmbH
美国国防部资助了一系列的计划。
这些研究机构做出了大量的飞机零部件。例 如：Sandia实验室做航空发动机叶片；泵壳体尺 寸300mm左右，Los alamos 作出高温合金管。 Aeromet利用激光快速成型技术制造的多个钛合 金关键大型承力结构件；如尺寸达到2.5m、重达 130kg的大型整体筋板加强钛合金发动机框、机 翼拼接接头等已经在F22及F-18E/F上得到批量应 用。
最新《激光原理及应用》激光加工技术幻灯片课件
说明：工件横面沿深度方向的组织 依次为：熔凝层、相变硬化层、热影 响区和基材，如图所示。
T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布 激光熔凝处理后横截面组织示意图
2021/8/11
柱塞激光熔凝淬火处理，激光熔凝处理前表面原始硬度 HB220，激光处理后表面硬度HRC58以上。
说明：布氏硬度HB220，相当于洛氏硬度HRC20
2021/8/11
激光表面合金化的发展
1.激光表面合金化工艺材料的研究 目前激光表面合金化所用的合金粉末，都是采用等离子喷涂和等离子
喷焊的粉末，在使用中工艺性能不太理想。为此，应针对激光表面合金 化的工艺特性，提高合金粉末材料的防护、浸润性、流动性等性能，研 制出适于激光表面合金化的合金粉末。
激 光 淬 火 技 术
是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变 点以上。当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用， 使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。
硬度、强度、耐磨性
一、激光淬火技术（激光相变硬化）
2021/8/11
1.激光淬火技术，又称激光相变硬化，它利用聚焦后的激光束照射到钢 铁材料表面，使其温度迅速升到相变点以上。当激光移开后，由于仍处 于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以 下，获得淬硬层。
淬硬层深度：
h P dv
3)表面预处理（黑化处理）：
2021/8/11
磷化法：20世纪80年代最常用的方法之一。通过磷化处理在工件表面 形成一层磷化膜（磷酸锰居多），使材料表面吸收率达到80%以上。 但磷化处理也常使材料表面出现裂纹。
黑漆法：黑漆主要成分为石墨粉和碳酸钠
Sio2型涂料法：涂料主要成份为200-300目精制石英粉。
T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布 激光熔凝处理后横截面组织示意图
2021/8/11
柱塞激光熔凝淬火处理，激光熔凝处理前表面原始硬度 HB220，激光处理后表面硬度HRC58以上。
说明：布氏硬度HB220，相当于洛氏硬度HRC20
2021/8/11
激光表面合金化的发展
1.激光表面合金化工艺材料的研究 目前激光表面合金化所用的合金粉末，都是采用等离子喷涂和等离子
喷焊的粉末，在使用中工艺性能不太理想。为此，应针对激光表面合金 化的工艺特性，提高合金粉末材料的防护、浸润性、流动性等性能，研 制出适于激光表面合金化的合金粉末。
激 光 淬 火 技 术
是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变 点以上。当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用， 使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。
硬度、强度、耐磨性
一、激光淬火技术（激光相变硬化）
2021/8/11
1.激光淬火技术，又称激光相变硬化，它利用聚焦后的激光束照射到钢 铁材料表面，使其温度迅速升到相变点以上。当激光移开后，由于仍处 于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以 下，获得淬硬层。
淬硬层深度：
h P dv
3)表面预处理（黑化处理）：
2021/8/11
磷化法：20世纪80年代最常用的方法之一。通过磷化处理在工件表面 形成一层磷化膜（磷酸锰居多），使材料表面吸收率达到80%以上。 但磷化处理也常使材料表面出现裂纹。
黑漆法：黑漆主要成分为石墨粉和碳酸钠
Sio2型涂料法：涂料主要成份为200-300目精制石英粉。
3.1增材制造技术概述(精)PPT课件
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22
应用案例
歼-15与歼-31飞机
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23
结束
.
24
发展目标是实现增材层厚和增材单元尺寸减小10～100倍，从现有
的0.1mm级向0.01～0.001mm发展，制造精度达到微纳米级。
.
12
2．设备的再涂层技术
由于再涂层的工艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量， 因此，增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序之一。
目前，分层厚度向0.01mm发展，而如何控制更小的层厚及其稳定 性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。
.
6
例如：激光增材制造：通过计算机控制，以高功率或高亮度激光为热源， 用激光熔化金属合金粉末或丝材，并跟随激光有规则地在金属材料
上游走，逐层堆积直接“生长”，直接制造出任意复杂形状的零件， 其实质就是CAD软件驱动下的激光三维熔覆过程，其典型过程如图:
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7
图 金属零件激光增材制造典型过程
.
8
电弧增材制造：
现阶段增材制造主要是制造单一材料的零件，如单一高分子材料 和单一金属材料，目前正在向单一陶瓷材料发展。随着零件性能 要求的提高，复合材料或梯度材料零件成为迫切需要发展的产品。
如：人工关节未来需要Ti合金和CoCrMo合金的复合，既要保证人 工关节具有良好的耐磨界面(CoCrMo合金保证)，又要与骨组织有 良好的生物相容界面(Ti合金)，这就需要制造的人工关节具有复 合材料结构。由于增材制造具有微量单元的堆积过程，每个堆积 单元可通过不断变化材料实现一个零件中不同材料的复合，实现 控形和控性的制造。
.
10
3.1.2 关键技术
增材制造技术的成熟度还远不能同传统的金属切削、铸造、锻造、焊 接、粉末冶金等制造技术相比，还有涉及到从科学基础、工程化应用 到产业化生产的质量，诸如激光成型专用合金体系、零件的组织与性 能控制、应力变形控制、缺陷的检测与控制、先进装备的研发等大量 研究工作。
增材制造技术ppt课件
+0.1mm)
材料利用率高
适宜制造形状复杂、精度高的
树材脂料零：件液态光敏材料
缺点： 材料昂贵 制造过程需要设计支撑 加工环境有气味
.
层叠实体制造法（LOM）
优点： 成形速度快 成型材料便宜 无相变、无热应力 形状和尺寸精度稳定
缺点： 成形后废料剥离费时 取材范围窄 层厚不可调整
材料：带有粘胶的纸材或箔材
增材制造技术
（3D打印）
机械A1312 陈超超
1302010202
.
增材制造的概念
增材制造是集CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术和激光 技术等于一体的综合技术、是实现从零件设计到三维实体快速制造的一体化系 统技术，采用软件离散-材料堆积原理实现零件的成型过程。
基本工艺原理
设计师
CAD造型 系统
详细见课 本P105
.
谢谢大家
.
缺点： 需要支撑材料 成型材料的限制大
成型材料：石蜡、金属、低熔点合金丝、塑料
.
增材制造的优势
可以制造复杂多样的产品 产品的多样化不增加生产成本 生产周期短（最大的优点） 零技能制造 节约材料 精确地实体复制
.
增材制造的应用领域
航空航天 汽车工业 医疗 工艺设备 产品原型 文物保护 建筑设计 工艺饰品
.
选区激光烧结法（SLS）
优点：
缺点：
材料的多样性 过程易操作 材料利用率高
原型制作易变形 后处理复杂 需要预热、冷却
无需支撑结构 模具的强度高
成型表面粗糙多孔 污染环境
材料：尼龙、蜡、金属和陶瓷粉末、ABS
.
熔丝沉积成形法（FDM）
优点： 工艺无需激光系统 设备组成简单 成本及运行费用低、易于推广
材料利用率高
适宜制造形状复杂、精度高的
树材脂料零：件液态光敏材料
缺点： 材料昂贵 制造过程需要设计支撑 加工环境有气味
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层叠实体制造法（LOM）
优点： 成形速度快 成型材料便宜 无相变、无热应力 形状和尺寸精度稳定
缺点： 成形后废料剥离费时 取材范围窄 层厚不可调整
材料：带有粘胶的纸材或箔材
增材制造技术
（3D打印）
机械A1312 陈超超
1302010202
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增材制造的概念
增材制造是集CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术和激光 技术等于一体的综合技术、是实现从零件设计到三维实体快速制造的一体化系 统技术，采用软件离散-材料堆积原理实现零件的成型过程。
基本工艺原理
设计师
CAD造型 系统
详细见课 本P105
.
谢谢大家
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缺点： 需要支撑材料 成型材料的限制大
成型材料：石蜡、金属、低熔点合金丝、塑料
.
增材制造的优势
可以制造复杂多样的产品 产品的多样化不增加生产成本 生产周期短（最大的优点） 零技能制造 节约材料 精确地实体复制
.
增材制造的应用领域
航空航天 汽车工业 医疗 工艺设备 产品原型 文物保护 建筑设计 工艺饰品
.
选区激光烧结法（SLS）
优点：
缺点：
材料的多样性 过程易操作 材料利用率高
原型制作易变形 后处理复杂 需要预热、冷却
无需支撑结构 模具的强度高
成型表面粗糙多孔 污染环境
材料：尼龙、蜡、金属和陶瓷粉末、ABS
.
熔丝沉积成形法（FDM）
优点： 工艺无需激光系统 设备组成简单 成本及运行费用低、易于推广
138《激光》PPT课件
138《激光》PPT课件
contents
目录
• 激光基本原理与特性 • 激光技术应用领域 • 激光安全与防护知识 • 典型案例分析与实践操作演示 • 前沿科技进展与未来趋势展望 • 总结回顾与课程考核要求说明
01
激光基本原理与特性
激光产生原理
原子能级与跃迁
原子内部存在不同能级，当原子 受到外界能量激发时，电子从低 能级跃迁到高能级，形成激发态
量子点激光器
利用量子点材料实现高效率、低阈值的激光输出，应用于显示、 照明等领域。
拓扑物态激光器
利用拓扑物态材料实现鲁棒性强的激光输出，应用于光通信、光计 算等领域。
前沿科技与激光技术的融合
探讨量子计算、生物光子学等前沿科技与激光技术的融合，展望未 来激光技术的发展方向和应用前景。
06
总结回顾与课程考核要求说明
THANKS
感谢观看
激光对眼睛的危害
直接照射或反射光可能导致视 网膜损伤，甚至失明。
激光对皮肤的危害
高能量激光照射可能导致皮肤 烧伤、色素沉着等。
激光对设备的危害
激光可能干扰或损坏电子设备， 如摄像头、传感器等。
风险评估
根据激光的功率、波长、照射 时间等因素，评估其对人员和
设备的潜在危害。
安全防护措施与方法
限制激光使用范围
激光美容
利用激光技术进行皮肤美 容，如祛斑、嫩肤、脱毛 等。
通信技术中的应用
光纤通信
空间光通信
利用激光在光纤中传输信息，具有传 输容量大、速度快、保密性好等优点。
利用大气中的激光束进行信息传输， 具有无需铺设线路、灵活性强等优点。
激光雷达
通过发射激光束并接收反射信号来探 测目标，具有高分辨率、抗干扰能力 强等特点。
contents
目录
• 激光基本原理与特性 • 激光技术应用领域 • 激光安全与防护知识 • 典型案例分析与实践操作演示 • 前沿科技进展与未来趋势展望 • 总结回顾与课程考核要求说明
01
激光基本原理与特性
激光产生原理
原子能级与跃迁
原子内部存在不同能级，当原子 受到外界能量激发时，电子从低 能级跃迁到高能级，形成激发态
量子点激光器
利用量子点材料实现高效率、低阈值的激光输出，应用于显示、 照明等领域。
拓扑物态激光器
利用拓扑物态材料实现鲁棒性强的激光输出，应用于光通信、光计 算等领域。
前沿科技与激光技术的融合
探讨量子计算、生物光子学等前沿科技与激光技术的融合，展望未 来激光技术的发展方向和应用前景。
06
总结回顾与课程考核要求说明
THANKS
感谢观看
激光对眼睛的危害
直接照射或反射光可能导致视 网膜损伤，甚至失明。
激光对皮肤的危害
高能量激光照射可能导致皮肤 烧伤、色素沉着等。
激光对设备的危害
激光可能干扰或损坏电子设备， 如摄像头、传感器等。
风险评估
根据激光的功率、波长、照射 时间等因素，评估其对人员和
设备的潜在危害。
安全防护措施与方法
限制激光使用范围
激光美容
利用激光技术进行皮肤美 容，如祛斑、嫩肤、脱毛 等。
通信技术中的应用
光纤通信
空间光通信
利用激光在光纤中传输信息，具有传 输容量大、速度快、保密性好等优点。
利用大气中的激光束进行信息传输， 具有无需铺设线路、灵活性强等优点。
激光雷达
通过发射激光束并接收反射信号来探 测目标，具有高分辨率、抗干扰能力 强等特点。
增材制造技术ppt课件
• Stratasys 公司 （占世界3D打印机销量的一半，2011 年为2万台）
• Objet公司（世界最大的商用3D打印机） • 3D systems 公司 • EOS 、 Arcam AB、 GmbH
美国国防部资助了一系列的计划。
这些研究机构做出了大量的飞机零部件。例 如：Sandia实验室做航空发动机叶片；泵壳体尺 寸300mm左右，Los alamos 作出高温合金管。 Aeromet利用激光快速成型技术制造的多个钛合 金关键大型承力结构件；如尺寸达到2.5m、重达 130kg的大型整体筋板加强钛合金发动机框、机 翼拼接接头等已经在F22及F-18E/F上得到批量应 用。
增材制造（3D打印）
Additive Manufacturing（3-D printing）
钢铁研究总院 科技运营部 2013.4
背景:3D打印成为关注热点
• 奥巴马宣布美国“制造创新国家网络”计 划，成立15个制造创新中心组成网络，每 年投资10亿美元。经过5个多月的论证最 后选了“增材制造”作为第一个中心的研 究方向。
精密伺服驱动技术 伺服电机根据指令要精确控制打印头
的移动位置和平台移动，使每个时刻都在 精确的位置打印。精度要达到0.1mm。甚 至20um.
新材料技术 打印材料的研发目前还在初级阶段。
商用级3D打印机
• 打印材料：树脂、金属、石 膏、尼龙、玻璃等。
• 特点：结构复杂、精度高、 物品表面质量好、基本不考 虑力学性能。
2.设备贵。热锻用的3万吨水压机投资25亿。
3.材料浪费多，材料利用率5%-50%。 飞机零部件非常昂贵，这是飞机尤其是军用飞机贵的 原因。
金属材料增材制造的瓶颈
1.成本太高,而且不具备规模经济的优势。 2.材料研发滞后。 3.功率源开发滞后。 4.各种金属材料最佳烧结参数。 5.凝固组织、内部缺陷质量控制，及其无损检 验关键技术。 6.晶粒尺寸、晶粒形态和晶体取向的控制。 7.后续的热处理工艺。
• Objet公司（世界最大的商用3D打印机） • 3D systems 公司 • EOS 、 Arcam AB、 GmbH
美国国防部资助了一系列的计划。
这些研究机构做出了大量的飞机零部件。例 如：Sandia实验室做航空发动机叶片；泵壳体尺 寸300mm左右，Los alamos 作出高温合金管。 Aeromet利用激光快速成型技术制造的多个钛合 金关键大型承力结构件；如尺寸达到2.5m、重达 130kg的大型整体筋板加强钛合金发动机框、机 翼拼接接头等已经在F22及F-18E/F上得到批量应 用。
增材制造（3D打印）
Additive Manufacturing（3-D printing）
钢铁研究总院 科技运营部 2013.4
背景:3D打印成为关注热点
• 奥巴马宣布美国“制造创新国家网络”计 划，成立15个制造创新中心组成网络，每 年投资10亿美元。经过5个多月的论证最 后选了“增材制造”作为第一个中心的研 究方向。
精密伺服驱动技术 伺服电机根据指令要精确控制打印头
的移动位置和平台移动，使每个时刻都在 精确的位置打印。精度要达到0.1mm。甚 至20um.
新材料技术 打印材料的研发目前还在初级阶段。
商用级3D打印机
• 打印材料：树脂、金属、石 膏、尼龙、玻璃等。
• 特点：结构复杂、精度高、 物品表面质量好、基本不考 虑力学性能。
2.设备贵。热锻用的3万吨水压机投资25亿。
3.材料浪费多，材料利用率5%-50%。 飞机零部件非常昂贵，这是飞机尤其是军用飞机贵的 原因。
金属材料增材制造的瓶颈
1.成本太高,而且不具备规模经济的优势。 2.材料研发滞后。 3.功率源开发滞后。 4.各种金属材料最佳烧结参数。 5.凝固组织、内部缺陷质量控制，及其无损检 验关键技术。 6.晶粒尺寸、晶粒形态和晶体取向的控制。 7.后续的热处理工艺。
增材制造技术实训-PPT课件项目7-选区激光熔化技术(SLM)
▪ 抽壳
；
拉伸
；
▪ 分割
；
偏移
；
▪ 穿孔
；铣偏置等▪ 实体化；▪ 以上位置设置按钮，首先对零件进行选中，然后点选设置图标后，在弹出的对 话框中设置相应X/Y/Z位置值或尺寸值即可。
z7.4 分层软件
▪ （5）Merge & Boolen: 模型进行合并。包括：
▪ 零件合并
；
▪ 布尔运算
；
▪ 壳转零件
：
▪ 旋转操作，点击此按钮后，弹出旋转对话框，如图7.13所示，可以通过绕点进 行旋转或沿线进行旋转两种方式，分别输入对应值即可。
图 7.13 旋转零件对话框
z7.4 分层软件
▪ （3）Pick and Place Parts
：
▪ 拾取和放置零件操作，选择点击此按钮后，鼠标变为移动靶框状态，直接通过 鼠标移动可以带动工件移动。
:
▪ 自动布局零件，点击该图标后打开自动布局对话框，如图7.17所示。可设置零 件布局的间距及其到边缘的距离，以及相关的几何设置及包围框设置等。
图 7.17 自动布局对话框
z7.4 分层软件
▪ （8）Orientation Optimizer
：
▪ 方向优化功能，点击此按钮后，弹出图 7.18 方向优化对话框，可对当前零件 的位置进行测量并对目标位置进行优化。
；
▪ 注：预打印模型有两种构建方式，一种是前述的通过CREATE新建文件，第二
▪ 种是选择导入
。
▪ 从已有的其他建立的模型进行导入，注意文件格式必须是STL文件格式。
z7.4 分层软件
▪ 2. FIX ：修复菜单，主要是对模型进行相关的检查与修复操作，其菜单下的各 个功能项如图7.9所示。在模型分层中应用较少，其各个功能应用不再赘述。
增材制造简介精品PPT课件
三是高效制造技术。增材制造在向大尺寸构件制造技术发展，例如金属激光直接制造 飞机上的钛合金框睴结构件，框睴结构件长度可达6m，制作时间过长，如何实现多激光束 同步制造，提高制造效率，保证同步增材组织之间的一致性和制造结合区域质量是发展的 难点。
此外，为提高效率，增材制造与传统切削制造结合，发展材料累加制造与材料去除制 造复合制造技术方法也是发展的方向和关键技术。
增材制造的原理与方法
工艺方法的大变革
△M＜0（减材）材料去除（车、铣、刨、磨） △M =0（等材）材料成型（锻、铸、焊、塑） △M＞0（增材）材料累加（3D打印、快速成型、快速制造、复材铺层工艺） 信息化制造的代表 全数字化制造 全柔性制造：任意形状和内部结构 控形柔性：材料与外形一体化 高度自动化、智能化、网络化 技术名称的变化
三、增材制造的关键技术
一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一 个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直接影响制造 精度和制件性能。
二是设备的再涂层技术。增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序，再涂层的工 艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量。分层厚度向0.01mm发展，控制更小的层 厚及其稳定性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。
优点： 1.成型过程自动化程度
高。 2.尺寸精度高。SLA原型
的尺寸精度可以达到±0.1mm。 3.表面质量优良。 4.系统分辨率较高，可
以制作结构比较复杂的模型 或零件。
缺点： 1.零件较易弯曲和变形，
需要支撑。 2.设备运转及维护成本
较高。 3.可使用的材料种类较
少。 4.液态树脂具有气味和
毒性，并且需要避光保护。 5.液态树脂固化后的零
此外，为提高效率，增材制造与传统切削制造结合，发展材料累加制造与材料去除制 造复合制造技术方法也是发展的方向和关键技术。
增材制造的原理与方法
工艺方法的大变革
△M＜0（减材）材料去除（车、铣、刨、磨） △M =0（等材）材料成型（锻、铸、焊、塑） △M＞0（增材）材料累加（3D打印、快速成型、快速制造、复材铺层工艺） 信息化制造的代表 全数字化制造 全柔性制造：任意形状和内部结构 控形柔性：材料与外形一体化 高度自动化、智能化、网络化 技术名称的变化
三、增材制造的关键技术
一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一 个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直接影响制造 精度和制件性能。
二是设备的再涂层技术。增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序，再涂层的工 艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量。分层厚度向0.01mm发展，控制更小的层 厚及其稳定性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。
优点： 1.成型过程自动化程度
高。 2.尺寸精度高。SLA原型
的尺寸精度可以达到±0.1mm。 3.表面质量优良。 4.系统分辨率较高，可
以制作结构比较复杂的模型 或零件。
缺点： 1.零件较易弯曲和变形，
需要支撑。 2.设备运转及维护成本
较高。 3.可使用的材料种类较
少。 4.液态树脂具有气味和
毒性，并且需要避光保护。 5.液态树脂固化后的零
增材制造技术最新版精品课件第五章 增材制造技术-PPT
5.1 增材制造材料的工艺参数
（5）挤出速度与填充速度 是指喷丝在送丝机构的作用下从喷嘴中挤出的速度。填充速度是指喷头
在运动机构的作用下按轮廓路径和充填路径运动时的速度。机器工作时，填 充速度越快，成型时间越短，效率越高。为了保证出丝的连续与平稳，挤出 速度与填充速度应该进行合理的匹配。
（6）理想轮廓线的补偿量 由于喷丝具有一定的宽度，喷头在填充轮廓路径时实际轮廓线可能会超
5.2 增材制造零件的微观结构特性
（3）纹理的变化条件 纹理的变化可通过改变增长条件来实现，例如改变层与层之间扫描图
案的旋转方式。研究人员通过改变扫描速度和激光功率，使平面上蜂窝状 结晶和混合凝固模式之间产生变化，形成了图5-4所示的结构，这种结构 肉眼是不可见的，一般可通过晶体取向的电子反向散射衍射（EBSD）成像 得到。如图5-5所示为通过调节工艺参数对局部纹理的控制图。
更长，成型时间较长。一般分层厚度要小于喷嘴直径。
（3）喷嘴温度 是指系统工作时喷嘴要加热到一定的温度。在选择喷嘴温度时应当注意
喷嘴温度应该能使挤出的丝呈现弹性流体状态。喷嘴温度应当控制在230℃ 左右。
（4）环境温度 是指系统工作时打印件周围的温度。环境温度会影响成型零件的热应力
的大小，影响成型件的表面质量。一般情况下，环境温度比喷嘴温度低12℃。
（1）分层厚度 是指将三维数据模型进行切片时层与层之间的高度。当分层厚度大时，
原型表面会有明显的“楼梯”，这会影响原型的增多，加工时间较长。
5.1 增材制造材料的工艺参数
（2）喷嘴直径 影响喷丝的粗细。喷丝越细，原型的精度越高，但每层的加工路径更密
（1）柱状微观结构
尽管柱状结构中最常用的材料是Ti6Al4V，但是对于其他材料（例如 Inconel 718，Ta和W）也有柱状结构。
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腹鳍接头等四种飞机钛合金次承力 结构件在三种飞机上的
装机应用，并制造出了迄今 世界尺寸最大的飞机钛合金大
型结构件激光快速成 形工程化成套设备2013年其团队成功 成形出歼－31战机“眼镜式”钛合金主承力构件加强框， 标志着 我国高性能钛合金增材制造技术进入世界的领先地
位。
Ｆ－ 18E/F翼根吊环
钛合金主承力构件加强框
缺点
（1）成形件内部存在气孔，气孔形貌呈规则球形或类球形，分布具有随机性; （2）成形件内部存在熔合不良和开裂 ，熔合不良缺陷形貌不规则，多分布在熔覆层间或道间。
8
技术应用
激光增材制造高性能钛合金 在航空航天领域的研究进展
高性能钛合金增材制造技术在航空航天领域的 应用最早始
于美国 AeroMet公司，它是世界上第一 家掌握钛合金结构 件激光增材制造并成功实现装机 应用的企业。 AeroMet公 司在美国军方的资助下， 同波音、洛克希德马丁公司等军
航空发动机单叶轮零部件 航空发动机多层复合整体叶轮
9
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
成形的加工方法。 但传统的加工方法往往工序多、工模具成本高、
从设计到零件制造周期 长，且对具有复杂内腔结构的零件往往无
传
能为力，难以满足新产品的快速 响应制造需求。20世纪90年代以
统
来， 随着激光技术、计算机技术、CAD/ CAM 技术以及机械工程
铸
技术的发 展，金属零件激光增材制造技术在激光熔覆技术和快速
4
技术简介
关桥院士提出了“广义” 和“狭义”增材制造的 概念（如图所示）， “狭义”的增材制造是 指不同的能量源与 CAD/CAM技术结合、分 层累加材料的技术体系； 而“广义”增材制造则 以材料累加为基本特征， 以直接制造零件为目标 的大范畴技术群。
5
激光熔覆技术
技术原理
快速原型技术 同
轴
送
激光熔覆技术
粉
利用激光束将合金粉末与基体表面迅速 加热并熔 化，快速凝固后形成稀释率低、
呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善 基 体表面的耐磨、耐蚀等性能的表面改
性技术，其材料供应方式为预置法和同 步送粉法。该技术具有热影响区小、可 获得具有良好性能的支晶微 观结构、熔
覆件变形比较小、过程易于实现自动化 等优点，已 广泛应用于耐磨涂层和 新材 料制备。若同种金属材料多层熔 覆，熔 覆层间仍属于良好 的冶金结合，这为制 造和修复高性能致密金属零 部件提供了 可能性。
侧 向 送 粉
预 置 法
6
技术原理 激光熔覆技术 快速原型技术
快速原型技术
快速原型技术是一 种基于离散/堆积成形 思想的新型 制造技术， 是集成计算机、数控、激 光和新材料等最 新技术 而发展起来的先进产品 研究与开发技术。其基 本过程是将三维模型沿 一定方向离散成一系列 有序的 二维层片；根据 每层轮廓信息，进行工 艺规划，选择 加工参数， 自动生成数控代码；成 形机制造一系列层 片并 自动将它们联接起来， 得到三维物理实体 [5-6]。 这样将一个物理实体的 复杂三维加工离散成一 系列层 片的加工，大大 降低了加工难度，且成 形过程的难度 与待成形 的物理实体形状和结构 的复杂程度无关。该 技 术的主要特点有：高柔 性，可以制造任意复杂 形 状的三维实体；CAD 模型直接驱动，设计制 造高度一 体化；成形过 程无需专用夹具或工具； 无需人员干预 或只需较 少干预，是一种自动化 的成形过程
10
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story 讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
11
CAD
离
散
分层Βιβλιοθήκη 模及 扫型
描
路
径
规
划
沉 积
零 件 完
成
7
技术优缺点
优点
（1）制造速度快，节省材料，降低成本; （2）不需采用模具，使得制造成本降低15%~30%，生产周期节省45%~70%; （3）可以生产用传统方法难于生产甚至不能 生产的形状复杂的功能金属零件； （4）可在零件不同部位形成不同成分和组织的梯度功能材料结构，不需反复成形和中间热处理等步骤； （5） 激光直接制造属于快速凝固过程，金属零件完全致密、组织细小，性能超过铸件； （6）近成形件可直接使用或 者仅需少量的后续机加工便可使用。
造
原型技术基础上应运而生。
3
技术简介
• 激光增材制造或称 3D 打印技术，是基于微积分的 思想，采用激光分层扫描、叠加 成形的方式逐层增加材 料将数字模型转换成三维实体零件。相对于传统的材 料去除 技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。它的形成过程为高功率激光束在 基体上聚焦形成熔池，金属粉末同时被同轴送粉器送入熔池 中。金属粉末在熔池中 与基体熔液融合，并随着激光束 的移动，在液体表面张力的作用下熔池开始向着激 光束 移动方向运动，前面的熔液固化形成沉积层，激光束移 动的轨迹便是沉积层的 形成轨迹。
激光增材制造及其工业应用
1
技术背景
03
技术简介
04-05
技术原理
06-07
技术优缺点 08
技术应用
09
2
技术背景：
传
传统金属零件增材或 受迫成形制造方法为锻造和铸造。传统
统
锻造是一种利用 锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变
锻
形以获 得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方 法。
造
铸造是指将固态金属熔化为液态倒入特定形状的 铸型，待其凝固
用飞机制造 商密切合作，开展飞机机身钛合金复杂结构件
激光 增材制造技术研究，于2001年起开始小批量为波音 公司生产钛合金飞机零件。北京航空航天大学是国内最早 利用激光增材 制造技术研究并制备出钛合金工业用件的研
究机构。 王华明教授及其科研团队于2005年7月成功实现 激光快速成形 钛合金飞机角盒、 钛合金 飞机座椅支座及
装机应用，并制造出了迄今 世界尺寸最大的飞机钛合金大
型结构件激光快速成 形工程化成套设备2013年其团队成功 成形出歼－31战机“眼镜式”钛合金主承力构件加强框， 标志着 我国高性能钛合金增材制造技术进入世界的领先地
位。
Ｆ－ 18E/F翼根吊环
钛合金主承力构件加强框
缺点
（1）成形件内部存在气孔，气孔形貌呈规则球形或类球形，分布具有随机性; （2）成形件内部存在熔合不良和开裂 ，熔合不良缺陷形貌不规则，多分布在熔覆层间或道间。
8
技术应用
激光增材制造高性能钛合金 在航空航天领域的研究进展
高性能钛合金增材制造技术在航空航天领域的 应用最早始
于美国 AeroMet公司，它是世界上第一 家掌握钛合金结构 件激光增材制造并成功实现装机 应用的企业。 AeroMet公 司在美国军方的资助下， 同波音、洛克希德马丁公司等军
航空发动机单叶轮零部件 航空发动机多层复合整体叶轮
9
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
成形的加工方法。 但传统的加工方法往往工序多、工模具成本高、
从设计到零件制造周期 长，且对具有复杂内腔结构的零件往往无
传
能为力，难以满足新产品的快速 响应制造需求。20世纪90年代以
统
来， 随着激光技术、计算机技术、CAD/ CAM 技术以及机械工程
铸
技术的发 展，金属零件激光增材制造技术在激光熔覆技术和快速
4
技术简介
关桥院士提出了“广义” 和“狭义”增材制造的 概念（如图所示）， “狭义”的增材制造是 指不同的能量源与 CAD/CAM技术结合、分 层累加材料的技术体系； 而“广义”增材制造则 以材料累加为基本特征， 以直接制造零件为目标 的大范畴技术群。
5
激光熔覆技术
技术原理
快速原型技术 同
轴
送
激光熔覆技术
粉
利用激光束将合金粉末与基体表面迅速 加热并熔 化，快速凝固后形成稀释率低、
呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善 基 体表面的耐磨、耐蚀等性能的表面改
性技术，其材料供应方式为预置法和同 步送粉法。该技术具有热影响区小、可 获得具有良好性能的支晶微 观结构、熔
覆件变形比较小、过程易于实现自动化 等优点，已 广泛应用于耐磨涂层和 新材 料制备。若同种金属材料多层熔 覆，熔 覆层间仍属于良好 的冶金结合，这为制 造和修复高性能致密金属零 部件提供了 可能性。
侧 向 送 粉
预 置 法
6
技术原理 激光熔覆技术 快速原型技术
快速原型技术
快速原型技术是一 种基于离散/堆积成形 思想的新型 制造技术， 是集成计算机、数控、激 光和新材料等最 新技术 而发展起来的先进产品 研究与开发技术。其基 本过程是将三维模型沿 一定方向离散成一系列 有序的 二维层片；根据 每层轮廓信息，进行工 艺规划，选择 加工参数， 自动生成数控代码；成 形机制造一系列层 片并 自动将它们联接起来， 得到三维物理实体 [5-6]。 这样将一个物理实体的 复杂三维加工离散成一 系列层 片的加工，大大 降低了加工难度，且成 形过程的难度 与待成形 的物理实体形状和结构 的复杂程度无关。该 技 术的主要特点有：高柔 性，可以制造任意复杂 形 状的三维实体；CAD 模型直接驱动，设计制 造高度一 体化；成形过 程无需专用夹具或工具； 无需人员干预 或只需较 少干预，是一种自动化 的成形过程
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Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story 讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
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CAD
离
散
分层Βιβλιοθήκη 模及 扫型
描
路
径
规
划
沉 积
零 件 完
成
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技术优缺点
优点
（1）制造速度快，节省材料，降低成本; （2）不需采用模具，使得制造成本降低15%~30%，生产周期节省45%~70%; （3）可以生产用传统方法难于生产甚至不能 生产的形状复杂的功能金属零件； （4）可在零件不同部位形成不同成分和组织的梯度功能材料结构，不需反复成形和中间热处理等步骤； （5） 激光直接制造属于快速凝固过程，金属零件完全致密、组织细小，性能超过铸件； （6）近成形件可直接使用或 者仅需少量的后续机加工便可使用。
造
原型技术基础上应运而生。
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技术简介
• 激光增材制造或称 3D 打印技术，是基于微积分的 思想，采用激光分层扫描、叠加 成形的方式逐层增加材 料将数字模型转换成三维实体零件。相对于传统的材 料去除 技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。它的形成过程为高功率激光束在 基体上聚焦形成熔池，金属粉末同时被同轴送粉器送入熔池 中。金属粉末在熔池中 与基体熔液融合，并随着激光束 的移动，在液体表面张力的作用下熔池开始向着激 光束 移动方向运动，前面的熔液固化形成沉积层，激光束移 动的轨迹便是沉积层的 形成轨迹。
激光增材制造及其工业应用
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技术背景
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技术简介
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技术原理
06-07
技术优缺点 08
技术应用
09
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技术背景：
传
传统金属零件增材或 受迫成形制造方法为锻造和铸造。传统
统
锻造是一种利用 锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变
锻
形以获 得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方 法。
造
铸造是指将固态金属熔化为液态倒入特定形状的 铸型，待其凝固
用飞机制造 商密切合作，开展飞机机身钛合金复杂结构件
激光 增材制造技术研究，于2001年起开始小批量为波音 公司生产钛合金飞机零件。北京航空航天大学是国内最早 利用激光增材 制造技术研究并制备出钛合金工业用件的研
究机构。 王华明教授及其科研团队于2005年7月成功实现 激光快速成形 钛合金飞机角盒、 钛合金 飞机座椅支座及