激光直接烧结技术介绍 DMLS

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载气式动作原理：粉末喂送装置采用封闭式载气系统，气动输送采用分路输送，可造成负压输送， 利于粉末流动和分散；其主体结构采用分体式，粉斗、粉体腔可分离且内充平衡气体，主要部件 粉体腔采用整体式结构;利用粉轮拨送粉末，送粉均匀易控，且避免了粉末挤压；微型电机提供动 力。在气动输送管路设计上，设计的输送气体分四路进入送粉器，即分别进入粉斗、粉斗与粉体 腔之间的落粉通道、落粉腔、轴承座腔。第一路气体通入粉斗，其作用是在粉斗中存在一定的压 力，从而使粉末易于下落，并且避免粉末回流。第二路气体送入粉斗与粉体腔之间的落粉通道。 第三路直接接落粉腔，这一路最关键，它直接与粉轮拨出的粉末接触，在落粉腔内将粉末分散， 形成流体流入输送橡皮管。第四路气体通入轴承座内腔，保持腔内正压，主要起平衡作用，防止 粉轮旋转拨送粉末时粉末进入轴承和外界灰尘的进入。另外，根据需要可在气路的连接粉斗一端 安装一个安全阀，保持粉斗的气压平衡。 在落粉腔结构上，气流经入口进入下端的缩口后才进入落粉腔。在气动力学上定义这种先收缩后 扩大的喷管为缩放管，也称拉法尔管。根据相似性原理，气流通过渐缩通道，再经细小管道进入 渐大管腔。这样，气流通过较短的通道即可获得较大的压力，当与粉轮拨送的粉末相遇时利于载 送粉末以及粉末的分散。
特点：通过不同规格的送粉 轴来适应不用粒度的粉末。
其它形式送粉器
• 垂直面送粉激光熔覆喷嘴
其它形式送粉器
• 分体式激光熔覆同轴送粉喷嘴
其它形式送粉器
• 送粉轴线可调的送粉器
其它形式送粉器
• 复合激光熔覆成形装置
其它形式送粉器
• 自重式激光熔覆送粉装置
激光熔覆技术在模具加工、修复中的应用
• • • • • 对模具使用过程中出现的裂纹、划伤、磨损、崩塌等进行激光熔覆修复处理； 能使模具实现激光淬火、激光熔凝淬火、激光熔覆（修复）与激光合金化加 工； 在对模具无须预热、无须后续热处理条件下实现激光熔覆，熔覆面光滑、平 整，与模具本体呈冶金结合，熔覆层硬度能够根据用户模具的工艺要求达到 不同硬度级别的要求，熔覆后只要少量机械加工模具就可以直接投入使用； 针对用户模具尺寸大、容易局部磨损等需要实现高精度修复的特点，专门开 发出激光熔覆合金粉末； 根据用户模具形状、尺寸及其对热处理、熔覆工艺的要求，编制有专门的加 工软件，能够满足买方现在所有模具的激光热处理与熔覆工艺要求；经过加 工软件与工艺的适当调整，能够满足买方未来需要加工的塑料模具等其它类 型模具及其它类型零件的激光热处理和熔覆工艺要求； 对异型模具工件（内、外面），均采用高反射率的镀金铜镜（包括全反射聚 焦系统）来实现激光热处理，使本聚焦系统成本低，寿命长，易于维护；
What should we need to do & how to do?
• • 激光器、熔敷材料都不在我们的研究范围 对于这项技术的应用来讲，我们一般主要研究熔敷材料的铺设问题，即如何 将金属粉末均匀有效的涂覆在工件的表面。 这个问题涉及到两个方面： 1.预置式：先将粉末铺在金属表面然后熔敷； 2.同步式：粉末在激光照射的同时以熔融状态焊接到金属表面。 送粉器的功能是按照工艺要求向加工部位均匀、准确地输送粉末，因此送粉 器的性能将直接影响着熔敷层的质量。不好的送粉性能可以导致熔敷层厚薄 不均匀、结合强度不高等。 送粉器属于激光熔覆技术中的关键技术。 对于这个技术的研究，在目前国内外的实际应用中，有以下几种： 螺杆式、 刮板式、 鼓轮式 流化式
激光直接烧结技术DMLS
Direct Metal Laser Sintering
What is DMLS?
• • • • DMLS=Direct Metal Laser Sintering 中文名称：金属直接表面烧结、激光熔覆 性质：一种新的金属表面改性技术 原理：通过在基材表面添加熔覆材料，并 利用高能密度的激光束使之与基材表面薄 层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其 为冶金结合的添料熔覆层
修复前与修复后的对比
激光熔覆工艺特点：
• • • • • • • 激光熔覆层与基体为冶金结合，结合强度不低于原基体材料的95％； 对基材的热影响较小，引起的变形也小； 材料范围广泛，如镍基、钴基、铁基合金、碳化物复合材料等，可满足工件不同 用途要求，兼顾心部性能与表面特性； 熔覆层及其界面组织致密，晶粒细小，无孔洞，无夹杂裂纹等缺陷； 可对局部磨损或损伤的大型设备贵重零部件、模具进行修复，延长使用寿命； 熔覆工艺可控性好，易实现自动化控制； 对损坏零部件，可实现高质量、快速修复，减少因故障停机时间，降低设备维护 成本。 常用熔覆层硬度范围HRC30~60，超高硬度要求的可达HRC65~75，熔敷层厚度 范围0.1~10.0mm
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The End TKS
鼓轮式送粉器
自重式鼓轮送粉器
载气式鼓轮送粉器
鼓轮式送粉器
• 自重式动作原理：依靠粉末自重并辅以微振输送粉末。在鼓轮圆周上均匀分布m个容积为v的小槽。 鼓轮式送粉器工作时，粉末由料斗经漏粉孔靠自重自动流进鼓轮圆周上的小槽内，随着鼓轮的转动 小槽内的粉末依次从出粉口流出。通过调节鼓轮的转速、漏粉孔直径和漏粉孔与鼓轮间的间隙，就 能精确控制送粉量。这种送粉器主要优点是：可适用于混合粉的送粉。不会造成不同比重和不同粒 度粉末的分层 特点：可适用于混合送粉，不会造成不同比重和不同粒度粉末的分层 ；送粉均匀性不理想，使用受 局限，同样也要求粉末流动性好
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激光熔覆材料牌号目前没有统一标准,都是各个厂家自己编定。
激光熔覆工艺适用行业范围及产品
• 用户涉及冶金、石化、船舶、电力、机械、液压、化工、 模具等行业 • 可对大型转动设备重要零部件如轴、叶片、轮盘、曲轴、 泵轴、齿轴以及模具、阀门等进行腐蚀、冲蚀和磨损后的 激光熔覆修复
激光熔覆工艺
• 激光熔覆按熔覆材料的供给方式可分为两大类，即预置式 激光熔覆和同步式激光熔覆 • 预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部 位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、 板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。 • 同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供 料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入， 有的也采用线材或板材进行同步送料。 • 预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理 ---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。 • 同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理 ---送料激光熔化---后热处理
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
激光熔覆工艺适用行业范围及产品
• 用户涉及冶金、石化、船舶、电力、机械、液压、化工、 模具等行业 • 可对大型转动设备重要零部件如轴、叶片、轮盘、曲轴、 泵轴、齿轴以及模具、阀门等进行腐蚀、冲蚀和磨损后的 激光熔覆修复
常用激光熔覆材料介绍
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自熔性合金粉末： 自熔性合金粉末可分为镍基自熔合金、钴基自熔合金、铁基自熔合金，其主要特点是含有硼和硅， 因而具有自我脱氧和造渣的性能，即所谓自熔性。 其中，以镍基材料应用最多，与钴基材料相比，其价格便宜 碳化物复合粉末： 碳化物复合粉末系由碳化物硬质相与金属或合金作为粘结相所组成的粉末体系。这类粉末中的粘结 相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，特别是经预合金化的碳化物复合粉末，能获得具有硬 质合金性能的涂层。 自粘结复合粉末： 自粘结复合粉末是指在热喷涂过程中，由于粉末产生的放热反应能使涂层与基材表面形成良好结合 的一类热喷涂材料，其最大的特点是具有工作粉和打底粉的双重功能。 氧化物陶瓷粉末： 氧化物陶瓷粉末具有优良的抗高温氧化能力，还有隔热、耐磨、耐蚀等性能，是一类重要的热喷涂 材料，也是目前极受重视的激光熔覆材料。
• 预置法是指将待熔覆的合金材料以一定的方法预先覆盖在材料的表面, 然后采用激光束在覆盖层表面扫描,使整个合金覆盖层及一部分基材熔 化,激光束离开后熔化的金属快速凝固而在基材表面形成冶金结合的熔 覆层。 粉末铺设有刮板式，电镀、火焰喷涂和等离子喷涂以及粘接剂法等。 电镀法的最大缺陷是预置层中含有氢，降低了涂层性能。 火焰和等离子喷涂的最大优点是预置厚度易控制,缺点是受工件形状 限制。 粘接剂法的不足之处在于:熔覆层稀释率较难控制,且高温下粘接剂的 挥发易破坏熔覆层的组织和性能。 • 同步法是指采用专门的送料系统在激光熔覆的过程中将合金材料直接 送进激光作用区,在激光的作用下基材和合金材料同时熔化,然后冷却 结晶形成合金熔覆层。 这种方法的优点是工艺过程简单,合金材料利用率高,可控性好,容易实 现自动化。因此,同步法是激光技术的首选方法,国内外实际生产中采 用较多。
匀，但不适用于比重不同的混合粉末 和颗粒度相异的粉末。
刮板式送粉器
• • • 原理：机械力学 组成：料斗、转盘、刮板和接粉斗 动作：工作时粉末由料斗经漏粉孔 流到转盘上，形成一个自然堆积角 为α的圆台，α角的大小与合金粉末 的材质、颗粒度和固态流动性有关。 当转盘转动一周时，转盘上堆积一 圈粉末，其横截面近似等腰梯形。 在转盘上方固定一个与转盘表面紧 密接触的刮板，当转盘转动时，刮 板就会将粉末不断刮下流人接粉斗， 在重力和压缩空气的共同作用下， 通过输送管将粉末送出。当送粉器 结构尺寸和粉末材料确定后，送粉 量完全由粉盘的转速决定，那么便 可通过控制粉盘的速度来达到在较 宽范围内连续精确调节粉量。同时 特点：应用非常广泛，简单易行。但 还可通过更换漏粉孔直径或调节孔 要求金属粉末颗粒均匀，流动性较好。 端面与粉盘之间距，以改变送粉量 和转速的关系使送粉量的调节范围 对于很细的陶瓷粉末不讨适用 更宽。
冶金结合（metallurgical bond）是指两件金属的界面间 原子相互扩散而形成的结合。
激光熔覆前待修复工件表面
激光熔覆后未机加工表面
激光熔覆修复中
激光熔覆后机加工处理后表面
激光熔覆前工件表面
激光熔覆后工件表面
玻璃模具使用寿命为30万次/件 ，经过模 具内腔表面熔敷处理后达到130万次/件
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螺杆式送粉器
• 原理：机械力学 • 组成：螺旋杆、料斗、粉桶、 混合器和振动器 • 动作：螺旋杆由电机驱动旋转， 带动粉末沿着粉桶内壁螺旋槽 运动，并输送到混合器中。混 合器中的载流气体将粉末以流 体的形式输送出去。为了使粉 末充满螺旋槽内以便计量精确， 在粉斗底部装有振动器。螺旋 杆、料斗、粉桶、混合器处于 有载流气体的密封仓内。其送 粉量与螺杆的旋转速度成正比， 调节控制螺杆转动电机的转速， 特点：灵敏度高、稳定可靠、送粉均 就能精确地控制送粉量。
流化式送粉器
• 原理：气动力学 • 组成：料斗、送粉轴和振子 • 动作：根据气动力学原理，
依靠粉粒自重、料斗的振 动和压缩空气使送粉轴周 围的粉粒流化。送粉轴位 于料斗的底部，中空的， 且在送粉轴的圆周上有小 孔。当载流气体从送粉轴 中间通过时形成负压，通 过送粉轴上的小孔将送粉 轴周围流化过的粉粒吸入 送粉轴，再在载流气体作 用下，将粉束输送出去。 有不同规格的送粉轴，用 来适应不同粒度的粉末。