激光立体成形装备介绍

目录

激光立体成形装备介绍....................................................................................... 错误！未定义书签。

1增材制造、激光立体成形技术国内外研究机构及研究现状 (2)

1.1国外研究机构 (2)

1.2 国内研究机构—西工大 (3)

2 西工大激光立体成形实验设备 (5)

2.1激光立体成形技术的原理 (5)

2.2实验系统 (6)

2.2.1送粉装置及其改进 (9)

2.3光内送粉激光熔覆成形实验系统 (10)

2.4全固态柔性激光再制造成形系统 (13)

2.4.1送粉系统 (16)

2.4.2工装卡具 (18)

3. 激光熔覆涡轮叶片 (19)

4. AeroMet公司成形系统 (20)

5. 叠层实体制造设备 (21)

三维打印成形机典型设备介绍

1增材制造、激光立体成形技术国内外研究机构及研究现状

1.1国外研究机构

美国国家增材制造创新研究所（NAMII：NationalAdditive Manufacturing Innovation Institute）

英国焊接研究所（TWI）

南非科技与工业研究院（CSIR）下属的国家激光中心与南非航空制造公司Aerosud将合作开展 Aeroswift 项目研究。

美国波音公司、洛克希德·马丁公司、通用电气航空发动机公司、Sandia 国家实验室和 LosAlomos 国家实验室、欧洲 EADS 公司、英国罗罗公司、法国 SAFRAN 公司、意大利 AVIO 公司、加拿大国家研究院、澳大利亚国家科学研究中心等大型公司和国家研究机构都对激光立体成形技术及其在航空航天领域的应用开展了大量研究工作。

2002 年 10 月该公司获得美国国防部后勤局（U.S.Defense Logistics Agency）出资 1940 万美元，资助 AeroMet 公司由单纯的技术研究开发到成为军用及民用飞机的通过认证的、性能可靠的钛合金结构件激光立体成形制造供应商的转变。

1.2 国内研究机构—西工大

我国在激光立体成形技术领域处于世界先进水平。西北工业大学于 1995 年开始在国内率先提出以获得极高（相当于锻件）性能构件为目标的激光立体成形的技术构思，并在迄今 17 年的时间里持续进行了激光立体成形技术的系统化研究工作，形成了包括材料、工艺、装备和应用技术在内的完整的技术体系。针对航空航天等高技术领域对结构件高性能、轻量化、整体化、精密成形技术的迫切需求，开展了钛合金、高温合金、超高强度钢和梯度材料激光立体成形工艺研究，突破结构件的轻质、高刚度、高强度、整体化成形，应力变形与冶金质量控制，成形件组织性能优化等关键技术。激光成形和修复了大量飞机中关键结构件，解决了飞机任务研制过程中迫切需要解决的关键技术难题，为飞机研制与生产提供了有力的技术保障。针对大型钛合金构件的激光立体成形，解决了大型构件变形控制、几何尺寸控制、冶金质量控制、系统装备等方面的一系列难题，并试制成功 C919 大飞机翼肋 TC4 上、下缘条构件，该类零件尺寸达 450mm×350mm×3000mm，成形后长时间放置后的最大变形量小于 1mm，静载力学性能的稳定性优于 1%，疲劳性能也优于同类锻件的性能。而专用于先进飞机结构件的激光成形修复装备可以修复尺寸达5000mm×

600mm×3000mm 的零件。激光组合制造和成形修复在航空工业中得到广泛应用。该技术的研究和应用还包括大型机械装备关键零件的高性能快速修复和口腔金属植入体的成形和医学临床研究。在激光立体成形工艺装备建设方面取得重大突破，实现我国商用激光立体成形工艺装备制造的零突破。截至 2012 年，西工大向航空航天领域内国家大型企业和研究院所，以及 GE中国研究中心提供了 5 台激光立体成形与修复装备，在领域内形成较大影响力。在激光立体成形装备方面，国内除西工大外，目前没有其他单位提供过商用化激光立体成形装备。目前，西北工业大学已经开发出了系列固定式和移动式激光立体成形工艺装备。针对不同应用特点，分别采用CO2 气体激光器，YAG 固体激光器，光纤激光器和半导体激光器，成形气氛中氧含量可控制在10ppm 以内，具有熔池温度、尺寸和沉积层高度的实时监测和反馈控制系统，配备自主开发的材料送进装置、成形 CAPP/CAM 及集成控制软件，能够实现各种金属材料，包括高活性的钛合金、铝合金和锆合金复杂结构零件的无模具、快速、近净成形以及修复再制造。图 1 显示了西北工业大学所研发的 LSF-V 型激光立体成形与修复再制造商用装备。

表 1 比较了目前国际上技术成熟度比较高的商业化激光立体成形装备的主要特性。可以看到，西北工业大学所研制的LSF 系列激光立体成形装备多项指标处于国际领先水平。

图LSF 系列激光立体成形装备

2 西工大激光立体成形实验设备

2.1激光立体成形技术的原理

激光立体成形技术的基本原理是:首先在计算机中生成零件的三维CAD模型,然后将该模型按一定的厚度分层“切片”,即将零件的三维数据信息转换成一系列的二维轮廓信息,然后将分层后的数据进行一定的处理,加入加工参数, 产生数控代码;微机控制下以此控制激光束的扫描方向和速度,采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料,从而快速堆积制作出最终三维实体零件或需进行少量加工的毛坯。图显示了典型的激光立体成形技术加工零件的过程。

激光立体成形技术的加工示意图

2.2实验系统

本实验系统主要由三部分组成,图2.2是本文的实验系统示意图,包括RS一850CO2激光器、LPM一408四轴三联动数控工作台和JPSF一1型高精度可调自动送粉器（或DPSF一1型送粉器）、送粉喷嘴(侧向)、SIEMENS数控软件等，其性能参数见表2.l。