激光快速成形技術(shù)課件

1、激光快速成形技術(shù)班級：11級機械1班姓名：孫寧 羅納德 葉一航 激光快速成形技術(shù)1、激光快速成形技術(shù)的基本概念 成型及原理制造 成型方式的分類 成型制造技術(shù)的特點2、激光快速成形技術(shù)方法 （五種方法）3、激光快速成形用材料4、該技術(shù)的應(yīng)用前景與展望 從國際市場來看，R P 市場正逐漸向RM（快速制）市場發(fā)展，R P 市場本身已進入成熟的商業(yè)化階段。我國已初步形成了RP設(shè)備和材料的制造體系。近年來，我國已經(jīng)建立一批向企業(yè)提供RP 技術(shù)的服務(wù)機構(gòu)，并開始起到了積極的作用, 推動了該技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用。激光快速成形技術(shù)的現(xiàn)狀激光快速成形技術(shù) 1 、激光快速成形技術(shù)集成了激光技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)

2、和材料技術(shù)的最新成果，根據(jù)零件的CAD模型，用激光束將光敏聚合材料逐層固化，精確堆積成樣件，不需要模具和刀具即可快速精確地制造形狀復(fù)雜的零件，該技術(shù)已在航空航天、電子、汽車等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。體體 離離 散散面面 離離 散散線線 離離 散散線線 疊疊 加加面面 疊疊 加加后后 處處 理理有有 序序 面面有有 序序 線線有有 序序 點點點點疊疊加加2、 快速成型技術(shù)的基本工作原理是離散、堆積。 離散/堆積過程如下圖7-22 立體光造型技術(shù)的原理示意圖由于快速成型技術(shù)(包括激光快速成型技術(shù))僅在需要增加材料的地方加上材料，所以從設(shè)計到制造自動化，從知識獲取到計算機處理，從計劃到接口、通訊等方面

3、來看，非常適合于CIM、CAD及CAM，同傳統(tǒng)的制造方法相比較，顯示出諸多優(yōu)點。 新舊流程圖如右圖3、激光快速成型與傳統(tǒng)工藝比較主要優(yōu)點快速性：生產(chǎn)制品的周期較傳統(tǒng)加工工藝短。RP對設(shè)計的敏感性很低，制造時幾乎不用考慮制品的外形問題，由此可節(jié)約大量時間。適合成型復(fù)雜零件：不論零件多復(fù)雜，都由計算機分解為二維數(shù)據(jù)進行成型制作，無簡單復(fù)雜之分，因此他特別適合成型形狀復(fù)雜，傳統(tǒng)方法難以制造甚至無法制造的零件。高度柔性：零件在一臺設(shè)備上即可快速成型出具有一定精度滿足一定功能的原理及零件（若要修改零件只要修改CAD模型即可）高度集成化：激光快速成型技術(shù)將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成STL格式后，即可開始快速制作（該

4、過程是二維操作在CAD只完成的）。激光快速成型技術(shù)介紹1立體光造型技術(shù) 2選擇性激光燒結(jié)技術(shù)3激光熔覆成形技術(shù)4激光近型制造技術(shù)5薄片疊成制造技術(shù)激光快速成型技術(shù)原理：計算機控制激光束對光敏樹脂為原料的表面進行逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層(約十分之幾毫米)產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個薄層。立體光造型技術(shù)的原理如圖所示，是典型的逐層制造法。1立體光造型技術(shù)（SLA）2022-1-209優(yōu)點1、系統(tǒng)工作穩(wěn)定。2、尺寸精度較高，可確保工件的尺寸精度在 0.1mm以內(nèi)。3、 表面質(zhì)量較好，工件的最上層表面很光滑，側(cè)面可能有臺階不平及不同層面間的曲面不平；比較適合做小件及較精細件?？芍苯又圃焖?/p>

5、料 件，產(chǎn)品為透明體。4、 系統(tǒng)分辨率較高，因此能構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工件。 5、 成形速度較快。缺點 1、需要專門實驗室環(huán)境，維護費用高昂。2、成型件需后處理，二次固化，防潮處理等工序。3、光敏樹脂固化后較脆，易斷裂，可加工性不 好；工作溫度不能超過100，成形件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強。4、氦-鎘激光管的壽命僅3000小時，價格較昂貴，運行費用高同時需對整個截面進行掃描固化，成型時間較長，因此制作成本相對較高。 激光快速成型技術(shù)2選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)原理：選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS技術(shù)）與立體光造型技術(shù)（SLA技術(shù)）很相似，也是用激光束來掃描各原材料，但用粉末物質(zhì)代替了液態(tài)光聚合物，并

6、以一定的掃描速度和能量作用于粉末材料 。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的基本原理如圖所示。 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)基本原理優(yōu)點：1、與其他工藝相比，能生產(chǎn)很硬的模具。有直接金屬型的 概念。2、可以采用多種原料，例如絕大多數(shù)工程用塑料、蠟、金屬、陶瓷等。3、 零件的構(gòu)建時間短，可達到1in/h高度。 4、 無需對零件進行后矯正。 缺點：1、需要專門實驗室環(huán)境，維護費用高昂。2、預(yù)熱和冷卻時間長，總的成形周期長。3、成形件強度和表面質(zhì)量較差，精度低。表面粗糙度的高低受粉末顆粒大小及激光光斑的限制。 4、 零件的表面一般是多孔性的，為了使表面光滑必須進行滲蠟等較復(fù)雜的后處理。在后處理中難于保證制件尺寸 精度，后處理

7、工藝復(fù)雜，樣件變型大，無法裝配。激光熔覆成型技術(shù)原理示意圖激光快速成型技術(shù)3激光熔覆成型技術(shù) (LCF)原理 ：LCF技術(shù)的工作原理與其他快速成形技術(shù)基本相同，也是通過對工作臺數(shù)控，實現(xiàn)激光束對粉末的掃描熔覆，最終成形出所需形狀的零件。激光熔覆成型技術(shù)原理圖如圖所示，目前用此法制造出復(fù)雜截面變換器的零件外形的誤差在0.5mm以內(nèi)。激光熔覆的復(fù)雜截面變換器激光快速成型技術(shù) 激光近形制造技術(shù)(簡稱LENS)技術(shù)，將快速成型技術(shù)中的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)和激光熔覆成型技術(shù)結(jié)合了起來。激光近形制造技術(shù)的基本原理如圖所示。該系統(tǒng)主要由4部分組成：計算機、高功率激光器、多坐標數(shù)控工作臺和送粉裝置。4激光近型制

8、造技術(shù) 激光近形制造技術(shù)的基本原理示意圖原理： LENS技術(shù)是將SLS技術(shù)和LCF技術(shù)相結(jié)合，并保持了這兩種技術(shù)的優(yōu)點。2022-1-20材料成型及控制工程教研組144激光近型制造技術(shù) （1） 計算機 用于建立待制作零件的CAD模型，將零件的CAD模型轉(zhuǎn)換成STL文件，對零件的CAD模型進行切片處理，生成一系列具有一定厚度的薄層，并形成每一層薄層的掃描軌跡，以便控制多坐標數(shù)控工作臺運動。 （2）高功率激光器 使用的是高達幾千瓦到十幾千瓦功率的CO2激光器，而不像選擇性激光燒結(jié)技術(shù)中所用的CO2激光器只有50瓦。 （3）多坐標數(shù)控工作臺 采用多坐標數(shù)控工作臺的運動實現(xiàn)掃描：在工作臺上的零件除能夠

9、沿著X,Y軸方向運動外，還可以繞X,Y軸轉(zhuǎn)動。 （4）送粉裝置 送粉裝置是激光近形成型制造系統(tǒng)中非常重要并具有特點的一個部分。送粉裝置性能的好壞決定了零件的制作質(zhì)量。對送粉裝置的基本要求是能夠提供均勻穩(wěn)定的粉末流。送粉裝置有兩種形式：側(cè)向送粉裝置和同軸送粉裝置。 2022-1-20材料成型及控制工程教研組15激光快速成型技術(shù)5薄片疊層制造技術(shù)(LOM) 原理：是利用在一定條件下（如加熱等） 可以黏結(jié)的帶狀材料（通常使用紙或陶瓷基或金屬材料），運用激光切割出按照 RP軟件離散出的各層形狀，隨后再使各 層黏合為一個幾何整體。薄片疊層制造技術(shù)是一種常用來制作模具的新型快速成型技術(shù)。其工作原理就是，首

10、先用大功率激光束切割金屬薄片。然后將多層薄片疊加，并使其形狀逐漸發(fā)生變化，最終獲得所需原型(模具)的立體幾何形狀。 薄片疊層制造技術(shù)原理示意圖2022-1-20材料成型及控制工程教研組16主要激光快速成型技術(shù)用于制造鑄造模的優(yōu)缺點對比1/20/2022材料成型及控制工程教研組17 1 用于制造復(fù)雜形狀的零件 2 快速制造原型 3 用于制造多種材料或非均勻材料的零件 4 用于制造活性金屬的零件 5 用于小批量生產(chǎn)塑料制件 6 用于制造各種模具或模型 2022-1-2018材料成型及控制工程教研組激光快速成型技術(shù)的重要應(yīng)用 1用于制造復(fù)雜形狀的零件 特別適合于在航天航空工業(yè)中制作大型帶加強筋的整體

11、薄壁結(jié)構(gòu)零件。 2快速制造原型 可以在極短的時間內(nèi)設(shè)計制造出零件的原型，進行外觀、功能和運動上的考核，發(fā)現(xiàn)錯誤及時糾正，避免由于設(shè)計錯誤而帶來的工裝、模具等浪費。 3用于制造多種材料或非均質(zhì)材料的零件 4用于制造活性金屬的零件 由于激光快速成型制造能夠提供良好的工作氣氛環(huán)境，材料浪費少，所以可以用于加工活性金屬(如鈦、鎢、鎳等)及其他的特殊金屬。 5用于小批量生產(chǎn)塑料制件 6用于制造各種模具或模型 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)在航空工業(yè)中最有發(fā)展前途的應(yīng)用，就是快速制造精密鑄造中的陶瓷模殼和型芯。 快速技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)動機蠟?zāi)?快速技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)動機零件雙缸摩托車汽缸蓋樣件從CT數(shù)據(jù)到骨骼3D數(shù)值模LRP模型幫助手術(shù)計劃1/20/2022材料成型及控制工程教研組21快速成型技術(shù)存在的問題 1零件精度不夠高 2材料種類不夠高 3機械性能不夠高 2022-1-20材料成型及控制工程教研組221分成方式演變 PR數(shù)據(jù)處理過程是將CAD數(shù)據(jù)模型STL文件按一定方式分層片模型數(shù)據(jù)CLI文件，以便于加工成層片從而堆積成實體。目前傳統(tǒng)的分層已從二維平