激光快速成型技术

激光快速成型技术

利用激光束扫描金属板材诱发的内部非均匀分布的热应力，使板材发生局部塑性屈服，从而使板材产生一定角度的弯曲变形。

简介

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，他是利用激光技术，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.激光快速成型技术一改传统加工"去除"成型加工工艺，而采用"堆积"成型加工工艺，在加工领域具有划时代的意义.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.

基本原理

激光快速成型技术的原理是用CAD生成的三维实体模型，通过分层软件分层、每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束，扫射液体、粉末或薄片材料，加工出要求形状的薄层，逐层积累形成实体模型。传统的工业成形技术中大部分遵循材料去除法这一方法的，如车削、铣削、钻削、磨削、刨削;另外一些是采用模具进行成形，如铸造、冲压。而激光快速成形却是采用一种全新的成形原理--分层加工、迭加成形。而激光快速成型技术快速制造出的模型或样件可以直接用于新产品设计验证、功能验证、工程分析、市场订货一级企业的决策等，缩短新产品开发周期，降低研发成本，提高企业竞争力。激光快速成型又分为以下几类:

SLA技术

SLA技术又称光固化快速成形技术，其原理是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。工作台下移一个层厚的距离，以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个原型制造完毕。由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作时只需功率较低的激光源。此外，因为没有热扩散，加上链式反应能够很好地控制，能保证聚合反应不发生在激光点之外，因而加工精度高，表面质量好，原材料的利用率接近100%，能制造形状复杂、精细的零件，效率高。对于尺寸较大的零件，则可采用先分块成型，然后粘接的方法进行制作。

SLS技术

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。该技术具有原材料选择广泛、多余材料易于清理、应用范围广等优点，适用于原型及功能零件的制造。在成形过程中，激光工作参数以及粉末的特性和烧结气氛是影响烧结成形质量的重要参数。

在汽车模具制造中应用。美国德克萨斯州立大学研究的SLS技术，已由美国dtm 公司商品化。目前该公司已研制出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。基于RPM的模具制造方法可分为直接制模法和间接制模法。

直接制模法是直接采用RPM技术制作模具，在RPM技术诸方法中能够直接制作金属模具的是SLS法。用这种方法制造的钢制铜合金注射模，寿命可达5万件以上。但此法在烧结过程中材料发生较大收缩，精度难以控制。

FDM技术

FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等，以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。

1、FDM工艺不用激光，因此使用、维护简单，成本较低。

2、用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。

3、用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。

4、由于以FDM工艺为代表的熔融材料堆积成型具有一些显著优点，该工艺发展极为迅速。

lcf技术

lcf技术的工作原理与其他快速成型技术基本相同，也是通过对工作台数控，实现激光束对粉末的扫描、熔覆，最终成型出所需形状的零件。研究结果表明：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。

与其他快速成型技术的区别在于，激光熔覆成型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。

LENS技术

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。选用的金属粉末有三种形式：

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。由于采用的是铺粉方式，所以不管使用哪种形式的粉末，激光烧结后的金属的密度较低、多孔隙、强度较低。要提高烧结零件强度，必须进行后处理，如浸渗树脂、低熔点金属，或进行热等静压处理。但这些后处理会改变金属零件的精度。

LOM技术

LOM技术是一种常用来制作模具的新型快速成型技术。其原理是先用大功率激光束切割金属薄片，然后将多层薄片叠加，并使其形状逐渐发生变化，最终获得所需原型的立体几何形状。

LOM技术制作冲模，其成本约比传统方法节约1/2，生产周期大大缩短。用来制作复合模、薄料模、级进模等，经济效益也甚为显著。该技术在国外已经得到了广泛的使用。

LF技术

LF技术的原理是基于金属热胀冷缩的特性，即对材料进行不均匀加热，产生预定的塑性变形。该技术具有下列特点：

1、无模具成型：生产周期短、柔性大，特别适合单件小批量或大型工件的生产；

2、无外力成型：材料变形的根源在于其内部的热应力；

3、非接触式成型：成型精度高、无工模具磨损，可用于精密件的制造；

4、热态累积成型：能够成型常温下的难变形材料或高硬化指数金属，而且能够产生自冷硬化效果，使变形区材料的组织与性能得以改善。[1]

特点

由于快速成型技术(包含激光快速成型技术)仅仅在需要增加材料的地方增加材料，所以从设计到自动化，从知识获取到计算机处理，从计划到接口、通讯等方