激光快速成形技术的最新发展和应用

激光较慢成形（LaserRapidPrototyping：LRP）是将CAD、CAM、CNC、激光、仪器控制器驱动和新材料等先进设备技术构建的一种全新生产技术。与传统生产方法比起具备：原型的拷贝性、互换性低；生产工艺与生产原型的几何形状牵涉到；加工周期短、成本低，一般制造费用减少50%，加工周期延长70%以上；高度技术构建，构建设计生产一体化。　　近期发展的LPR主要有：立体光造型(SLA)技术；选择性激光工件(SLS)技术；激光熔覆成形（LCF）技术；激光将近形（LENS）技术；激光薄片叠层生产(LOM)技术；激光所致热应力成形（LF）技术及三维印刷技术等。　　立体光造形(SLA)技术　　SLA技术又称光固化较慢成形技术，其原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面展开有理扫瞄，被扫瞄区域的树脂薄层（大约十分之几毫米）产生光聚合反应而烧结，构成零件的一个薄层。

工作台下后移一个层薄的距离，以便烧结好的树脂表面再行敷上一层新的液态树脂，展开下一层的扫瞄加工，如此重复，直到整个原型生产完。由于光聚合反应是基于光的起到而不是基于冷的起到，故在工作时只需功率较低的激光源。此外，因为没热扩散，再加链式反应需要很好地掌控，能确保聚合反应不再次发生在激光点之外，因而加工精度高），表面质量好，原材料的利用率相似100%，能生产形状简单、细致的零件，效率高。

对于尺寸较小的零件，则可使用再行分块成形然后粘接的方法展开制作。　　美国、日本、德国、比利时等都投放了大量的人力、物力研究该技术，并大大有新产品问世。我国西安交通大学也研制成功了立体光造型机LPS600A。

目前，全世界有10多家工厂生产该产品。　　●在汽车车身生产中的应用于SLA技术可生产出所须要比例的仪器铸模具，从而铸铁出有一定比例的车身金属模型，利用此金属模型可展开风洞和撞击等试验，从而已完成对车身最后评价，以要求其设计否合理。美国克莱斯勒公司可用SLA技术做成了车身模型，将其放到高速风洞中展开空气动力学试验分析，获得了令人满意的效果，大大节约了试验费用。

　　●用作汽车发动机进气管试验进气管内腔形状是由十分复杂的权利曲面包含的，它对提升吸气效率、自燃过程有十分最重要的影响。设计过程中，必须对有所不同的进气管方案做到气道试验，传统的方法是用手工方法加工出有由几十个横截面来叙述的气管木模或石膏模，再行用砂模铸进气管，加工中，木模工对图纸的解读和本身的技术水平经常造成零件与设计意图的背离，有时这种误差的影响是明显的。用于数控加工虽然能较好地体现出有设计意图，但其打算时间宽，尤其是几何形状简单时更是如此。

英国Rover公司用于较慢成型技术生产进气管的外模及内腔模，获得了令人满意的效果。　　选择性激光工件（SLS）技术　　SLS技术与SLA技术很相近，只是用粉末原料代替了液态光聚合物，并以一定的扫瞄速度和能量起到于粉末材料。

该技术具备原材料自由选择普遍、多余材料更容易清扫、应用于范围广等优点，限于于原型及功能零件的生产。在成形过程中，激光工作参数以及粉末的特性和工件气氛是影响工件成形质量的最重要参数。　　●在汽车模具生产中应用于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。该系统能工件蜡、聚碳酸酯、尼龙、金属等各种材料。

用该系统生产的钢铜合金注塑模不具，可塑料5万件工件。近年来基于RPM技术模具生产技术已从最初的原型生产，发展到较慢工模具生产,沦为国内外应用于研究研发的重点。基于RPM的模具生产方法可分成必要制模法和间接制模法。

　　必要制模法是必要使用RPM技术制作模具，在RPM技术诸方法中需要必要制作金属模具的是SLS法。用这种方法生产的钢制铜合金静脉注射模，寿命平均5万件以上。但此法在工件过程中材料再次发生较小膨胀，精度无法掌控。

　　间接制模法可分成：　　（1）软质简陋模具的制作使用硅橡胶、金属粉环氧树脂粉和较低熔点合金等将原型精确拷贝成模具，或对原型展开表面处置，用金属喷涂法或物理冷却沉积法镀上一层熔点较低的合金来制作模具。这些简陋模具的寿命为50～5000件，由于其生产成本低、周期短，尤其适合于产品批量生产阶段的小批量生产。　　（2）钢质模具的制作将RPM技术与仪器铸技术相结合，可实现金属模的较慢生产。

或者必要生产出有复形精度较高的EDM电极，用作注塑模、锻模、合金钢等钢制模具型腔的加工。一个中等大小、更为简单的电极一般4～8h才可已完成，复形精度几乎符合工程拒绝。

福特汽车公司用此技术生产汽车模具获得了失望的效果。上海交通大学也已通过RP与仪器铸融合的方法为汽车及汽车轮胎等行业生产进口替代模具计80余副。与传统机加工法比起，较慢模具生产的制作成本及周期大大降低。

我国每年须要进口模具约8亿多美元，主要是简单模具和仪器模具，因此，SLS技术在未来的汽车模具制造业中的应用于前景十分辽阔。　　●在汽车灯不具生产上的应用于汽车灯不具大多数的形状是点状的,曲面简单,模具生产难度很大。通过较慢成型技术,可以迅速获得准确的产品试样,为模具设计CAD和CAM获取了不利的参照。同时,也可以通过较慢成型技术,用熔模铸造的方法较慢、高精度地生产出有灯具模具。

　　激光熔覆成形（LCF）技术　　LCF技术的工作原理与其他较慢成形技术基本相同，也是通过对工作台数控，构建激光束对粉末的扫瞄、熔覆，最后成形出所须要形状的零件。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、透射产于、扫瞄速度、扫瞄间隔、扫瞄方式、送来粉装置、送来粉量及粉末颗粒的大小等因素皆对成形零件的精度和强度有影响。　　与其他较慢成形技术的区别在于，激光熔覆成形能做成十分颗粒的金属零件，其强度超过甚至多达常规铸或切削方法生产的零件，因而具备较好的应用于前景。

　　激光将近形（LENS）技术　　LENS技术是将SLS技术和LCF技术相结合，并维持了这两种技术的优点。搭配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）金属特有机粘结剂。由于使用的是砖粉方式，所以不管用于哪种形式的粉末，激光工件后的金属的密度较低、多孔隙、强度较低。

要提升工件零件强度，必需展开后处理，如洗井水树脂、较低熔点金属，或展开冷等静压处置。但这些后处理不会转变金属零件的精度。　　激光薄片叠层生产（LOM）技术　　LOM技术是一种常用来制作模具的新型较慢成形技术。

其原理是先用大功率激光束切割成金属薄片，然后将多层薄片变换，并使其形状渐渐发生变化，最后取得所须要原型的立体几何形状。　　LOM技术制作冲模，其成本大约比传统方法节约1/2，生产周期大大缩短。

用来制作填充模、薄料模、级进模等，经济效益也颇为明显。该技术在国外早已获得了普遍的用于。　　激光所致热应力成形（LF）技术　　LF技术的原理是基于金属热胀冷缩的特性，即对材料展开不均匀分布冷却，产生预计的塑性变形。

该技术具备下列特点：　　（1）无模具成形：生产周期短、柔性大,尤其合适单件小批量或大型工件的生产；　　（2）无外力成形：材料变形的根源在于其内部的热应力；　　（3）非接触式成形：成形精度高、无工模具磨损，可用作仪器件的生产；　　（4）热态积累成形：需要成形常温下的无以变形材料或低硬化指数金属,而且需要产生自冷硬化效果,使变形区材料的的组织与性能以求提高。　　德国学者M.Geiger及F.Vollertsen等在激光成形与其他加工方法的复合化加工等方面展开了大量研究，目前该技术己被运用于汽车覆盖面积件的柔性校祥和其他异形件的成形等。

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