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第九章 激光快速成形技术

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第九章 快速成型技术

第九章 快速成型技术

第九章
快速成型技术
快速成型技术
快速成型技术(RP 即Rapid
Protoyping)
第一节 光敏树脂液相固化成形
一、光敏树脂液相固化成形（光固化立体造型或 立体光刻） 光敏树脂液相固化成形（SL即Stereolithography） 二、光敏树脂液相固化成形原理
第一节 光敏树脂液相固化成形
二、光敏树脂液相固化成形的特点与成型材料 1、精度高，表面质量好。 2、原材料利用率高（将近100%），能制造复杂 中空零件，能快速翻制各种模具。 成型材料分为三类：自由基光固化树脂、阳离 子光固化树脂、混杂型光固化树脂。
指标 液相固化成 形SL RP工艺
生产成本
高
一般
高
较低
设备费用
市场占有 率（%）
较贵
70
较贵
10
便宜
7
便宜
6
本章结束 请认真复习
光敏树脂液相固化成形
紫外线激光扫描镜 （波长325nm、 功率30mw）
还原
零件
托盘
Z轴升 降台 光敏树 脂槽
选择性激光粉末烧结 还原
激光扫描镜
透镜
激光器
工件
滚筒
薄片分层叠加成形
激光器 加工平面 热压辊
还原
控制计算机
升降台
收料轴
供料轴
熔丝堆积成形原理
还原
加热喷头
工件
工作台
丝盘
二、熔丝堆积成形原理
第四节 熔丝堆积成型
三、熔丝堆积成形的特点与成型材料
1、成本低。 2、不需模具制造熔模精密铸造原型样件（蜡材）。 3、成型材料：ABS（熔点温度低80～120℃，粘 度低粘结性好，收缩率小）；蜡材。 4、支撑材料：与成型材料亲和性不能太好（加工 完毕要去除）。
激光快速成形技术最新发展及应用

激光快速成形技术最新发展及应用


代了液态光聚合物 ， 以一定的扫描速度和能量作用 并 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 。 ２３ 激 光熔 覆成形 （ ＣＦ） ． Ｌ 技术
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 。 ２５ 激光薄 片叠 层制 造 （ ＯＭ ） ． Ｌ 技术
交通 大学 也研制成功 了立体光造 型机 Ｌ ＳＯ Ａ 目 Ｐ ６Ｏ 。
得 到 了广泛 的使用 。 ２６ 激光诱 发 热应 力成形 （ Ｆ） ． Ｌ 技术
Ｓ Ａ技术用于汽车发动机进气管试验。进气管内 Ｌ 腔形状是 由十分复杂的 自由曲面构成的， 它对提高进
气效率 、 燃烧过程有十分重要的影响。设计过程中 ， 需 要对不 同的进气管方案做气道试验 ， 传统的方法是用
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 １０ 能制造形状复杂 、 ０ ％， 精细的零件 ， 效率高。对于 尺寸较大 的零件 ， 则可采用先分块成形然后粘接的方 法进行制作。 美国、 日本 、 国 、 德 比利 时等 都投入 了大量 的人 力、 物力研究该技术 ， 并不断有新产品问世。我国西安
率、 光斑 大小 、 强 分布 、 描 速度 、 描 间 隔 、 描方 光 扫 扫 扫
２ 激 光快 速成 形最 新技 术
２１立体光造型（Ｌ ） ． Ｓ Ａ 技术 ＳＡ技术又称光 固化快速成形技术 ， Ｌ 其原理是计
激光快速成型技术

激光快速成型技术

绿色制造
在可持续发展理念的推动下，激光快速成型技术 将更加注重环保和资源循环利用，降低能耗和减 少废弃物排放。
创新与发展
未来，激光快速成型技术将继续创新和发展，与 其他先进制造技术相结合，推动制造业的转型升 级和高质量发展。
05
激光快速成型技术的实 际应用案例
产品原型制作
快速原型制作
01
通过激光快速成型技术，可以在短时间内制作出产品原型，缩
快速性
与传统加工方法相比，激光快速 成型技术能够大大缩短制造周期， 提高生产效率。
灵活性
激光快速成型技术能够制造出各 种形状和结构的零件，适用于复 杂零件的制造。
定义
激光快速成型技术是一种基于数 字模型文件和激光束的高效、高 精度制造技术，能够快速制造出 复杂的三维实体。
材料广泛性
激光快速成型技术可以应用于各 种材料，包括塑料、金属、陶瓷 等。
短了产品开发周期，降低了开发成本。
优化设计流程
02
通过制作原型，设计师可以在早期阶段发现设计中的问题并进
行改进，提高了设计效率。
降低生产风险
03
在产品正式生产前制作原型，可以减少因设计错误导致的生产
风险和成本损失。
定制化产品生产
01
02
03
个性化定制
激光快速成型技术可以根 据客户需求定制个性化产 品，满足消费者对个性化 的需求。
小批量生产
对于一些小批量、高附加 值的产品，激光快速成型 技术可以快速实现生产， 降低生产成本。
定制化服务
在服务行业，激光快速成 型技术可以用于定制化服 务，例如为客户定制饰品、 模型等。
生物医学领域应用
生物材料研究
激光快速成型技术可用于生物材料的 研究，例如用于制作生物组织的模型， 以便更好地了解其结构和功能。
激光快速成型技术

激光快速成型技术

激光快速成型技术综述1、激光快速成型的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:(1) 光固化立体造型(SL—Stereolithography,orSLA)将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态光敏树脂逐点扫描,被扫描的树脂薄层产生光聚合反应固化形成零件的一个截面, 再敷上一层新的液态树脂进行扫描加工,如此重复直到整个原型制造完毕[3]。

这种方法的特点是精度高、表面质量好,能制造形状复杂、特别精细的零件,不足是设备和材料昂贵,制造过程中需要设计支撑。

(2) 分层实体制造(LOM—Laminated Object Manufacturing)LOM工艺是根据零件分层得到的轮廓信息用激光切割薄材,将所获得的层片通过热压装置和下面已切割层粘合,然后新的一层纸再叠加在上面,依次粘结成三维实体。

LOM主要特点是设备和材料价格较低,制件强度较好、精度较高。

Helisys公司研制出多种LOM工艺用的成型材料,可制造用金属薄板制作的成型件,该公司还开发基于陶瓷复合材料的LOM工艺。

(3) 选择性激光烧结(SLS —Se1ected Laser Sintering)SLS是采用激光有选择地分层烧结固体粉末,并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。

其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。

激光烧结快速成型技术-简述

激光烧结快速成型技术-简述

磐纹科技快速成型制造过程的应用介绍
○快速成型工艺加工流程、设备及应用技术：
激光快速成型设备性能介绍
○激光快速成型系统技术描述RS 系列工艺原理图
SL （stereolithography ）是机械、激光、光化学、软
件、控制技术的结晶。

基于光敏树脂受紫外光照射凝固
的原理，计算机控制激光逐层扫描固化液槽中的光敏树
脂。

每一层固化的截面是由零件的三维CAD 模型软件分
层得到，直至最后得到光敏树脂实物原型。

特点：
激光快速成型技术支持带有STL 接口的所有三维造型软
件，如:Pro/E ，UG ，Solidworks ，Catia
* 能制造任意复杂程度的三维模型
* 工艺过程全自动,CAD 数据驱动
* 无须特殊工装和工具
* 能制作非常精细的细节、薄壁
* 高精度，误差达到±0.1％，薄壁件可实现最小壁厚0.3mm
* 成型表面质量高
实物 三维扫瞄 三维重建
设计意图
及概念
二维图纸
3D CAD Catia UG Pro-E Solidwork 等RS 系列激光快
速成型机* 快速原型 快速模具* （真空注型工艺等） 样件/中、小批量生产 设计/装配验证
塑料产品
金属精密铸造
金属消失铸造
逆向工程（反求）*
SLA激光快速成型机的应用案例
冰箱拖板原型件电磁阀原型件
前灯灯罩原型件（抛光可达全透明）手机装配组件原型件
发动机进气歧管原型件
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供参考，感谢您的配合和支持）。

激光快速成型技术

激光快速成型技术

英文的名称为StereoLithography，简称SL，
也有时被简称为SLA（StereoLithography
Apparatus），它以光敏树脂为原料，通过计 算机控制紫外激光使其凝固成型。
光固化成型的基本原理
原理：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。
五、展望
RP是一种处在发展完善过程的高新技术。目前 我国有多家机构从事RP技术及相关技术的研究， 在当今缩短产品开发周期和减少开发新产品投 资风险， 成为企业赖以生存的关键。因此， 快速成型、制模、制造技术将会得到进一步发 展。
谢 谢
零件在一台设备上即可快速成型出具有 一定精度﹑满足一定功能的零件（若要修改 零件只要修改CAD模型即可）
• 高度集成化：
激光快速成型技术将CAD数据转换成 STL格式后，即可开始快速制作（该过程是 二维操作在CAD中完成的）。
三、几种激光快速成型技术介绍
1、光固化成型技术
光固化成型工艺，也常被称为立体光刻成型，
光固化成型技术的优点：
• 1、成型过程自动化程度高：SLA系统非常稳定，
加工开始后，成型过程可以完全自动化，直至原型制 作完成。 • 2 、尺寸精度高： SLA原型的尺寸精度可以
达到±0.1mm。 • 3 、具有优良的表面质量 ：虽然在每层固化 时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面仍可得 到玻璃状的效果。 • 4 、可以制作结构十分复杂的模型 。
激光快速成型技术
一、概括
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。它是利用激光技术、 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。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。
激光成型技术讲解

激光成型技术讲解

激光快速成形（Laser Rapid Prototyping：LRP）是将 CAD、CAM、CNC、激光、 精密伺服驱动和新材料等先 进技术集成的一种全新制造
技术。
近期发展的LPR主要有：立体光造型(SLA) 技术； 选择性激光烧结(SLS) 技术；激光熔覆成形（LCF） 技术；激光近形（LENS）技术；激光薄片叠层制造 (LOM) 技术；激光诱发热应力成形（LF）技术及三 维印刷技术等。下面将分别介绍以上几种技术！
形，零件的精度较高，小于0.15mm。工件外框与截面轮
廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以LOM工 艺无需加支撑。连续扫描仪快速LOM原型
• SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒 在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激 光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高 强度的激光照射下被烧结在一起，得到 零件的截面，并与 下面已成形的部分 连接；当一层截面 烧结完后，铺上新 的一层材料粉末， 选择地烧结下层截 面(如图)。
转变成固态。SLA工作原理图。
SLA工作原理图
SLA方法是目前快速成形技术领域中研 究得最多的方法，也是技术上最为成熟 的方法。SLA工艺成形的零件精度较高。 但这种方法也有自身的局限性，比如需 要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固 化树脂有一定的毒性等。
LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片 材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊 热压片材，使之与下面已成形的工件粘接；用CO2 激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和 工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域 内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工 作台带动已成形的工件下降，与带状片材(料带) 分离。
供料机构转动收料轴和供 料轴，带动料带移动， 使新层移到加工区域， 工作台上升到加工平面， 热压辊热压，工件的层 数增加一层，高度增加 一个料厚，再在新层上 切割截面轮廓。如此反 复直至零件的所有截面 粘接、切割完，得到分 层制造的实体零件。
激光快速成型技术原理

激光快速成型技术原理

激光快速成型技术原理1. 引言激光快速成型技术（Laser Rapid Prototyping，简称Laser RP）是一种通过激光熔化或固化材料来逐层构建三维实体的制造技术。

它可以直接从计算机辅助设计（CAD）模型中生成物理模型，无需任何模具或切削工具。

激光快速成型技术的出现，极大地改变了传统制造业的生产方式，为产品研发与制造提供了一种快速、高效、灵活的解决方案。

本文将详细解释激光快速成型技术的基本原理，包括激光熔化成型（Selective Laser Melting，简称SLM）和激光固化成型（Stereolithography，简称SLA）两种常见的激光快速成型技术原理。

2. 激光熔化成型（SLM）原理激光熔化成型是一种通过激光熔化金属粉末来逐层构建金属实体的技术。

其基本原理如下：2.1 扫描路径规划在激光熔化成型过程中，首先需要根据CAD模型生成切片数据，然后使用计算机算法进行扫描路径规划。

扫描路径规划决定了激光在每一层的照射顺序，以及每个点的激光功率和照射时间。

2.2 激光照射在激光熔化成型过程中，使用高能量密度的激光束照射金属粉末，使其迅速熔化。

激光束的功率和照射时间会根据扫描路径规划的要求进行调整，以确保金属粉末被完全熔化。

2.3 层间粘结在每一层金属粉末被熔化后，需要等待熔融池冷却并凝固，形成一层固态金属。

然后，在下一层金属粉末上重复上述过程，直到构建出完整的三维实体。

每一层之间通过熔融池的凝固来实现粘结，确保构建出的实体具有足够的强度。

2.4 支撑结构在激光熔化成型过程中，由于构建过程是逐层进行的，上层的熔化金属会渗入到下层的固态金属中。

为了避免上层结构的变形和下层结构的破坏，通常需要添加支撑结构。

支撑结构可以提供支撑力和热传导，以保持构建过程的稳定性和精度。

2.5 后处理完成激光熔化成型后，需要进行后处理。

后处理包括去除支撑结构、表面处理、热处理等。

去除支撑结构通常需要机械或化学方法，以保持构建物表面的平整度和光洁度。

激光快速成型技术原理

激光快速成型技术原理

激光快速成型技术原理激光快速成型技术（Laser Rapid Prototyping，LRP）是一种以激光为能源源，通过逐层熔化或固化材料，实现三维实物快速制造的先进制造技术。

它是在计算机辅助设计（CAD）的基础上，利用计算机数控技术、激光技术和材料科学等多学科的综合应用。

激光快速成型技术的原理主要包括建模、切片、成型三个步骤。

首先是建模。

在激光快速成型技术中，首先需要进行三维模型的建立。

通常使用计算机辅助设计软件进行建模，将设计好的三维模型输入到激光快速成型设备中。

建模过程需要考虑到设计的形状、尺寸、结构等因素，以及材料的特性和制造工艺的要求。

接下来是切片。

在建模完成后，需要将三维模型切片成多个薄层。

切片过程是将三维模型分解为一系列的二维层，每一层都是一个横截面的投影。

切片的精度和层数的选择会直接影响到最终成型件的质量和精度。

最后是成型。

成型过程中，通过控制激光束的扫描轨迹和功率密度，将激光束照射到材料表面，使其局部熔化或固化。

当一层材料完成后，工作台会相应下降一层，然后再次进行激光照射，逐层累积，最终完成整个成型过程。

激光快速成型技术可以使用多种材料，如金属、塑料、陶瓷等，可以制造出具有复杂形状和内部结构的实物。

激光快速成型技术基于激光熔化或固化材料的原理，具有以下优点：激光快速成型技术具有高度的制造自由度。

通过激光束的精确控制，可以实现各种复杂形状的制造，包括内部空腔、薄壁结构等。

这种自由度对于一些特殊形状的零件制造非常有优势。

激光快速成型技术具有高精度和高质量。

激光束的直径非常小，可以实现微米级别的精度。

而且激光束的能量密度非常高，可以使材料迅速熔化或固化，从而得到高质量的成型件。

激光快速成型技术具有快速制造速度。

相比传统的制造方法，激光快速成型技术可以大大缩短制造周期，提高生产效率。

这对于一些小批量、个性化的生产要求非常适用。

激光快速成型技术还具有材料利用率高、减少了加工工序、降低了生产成本等优点。

激光烧结快速成型技术-简述

激光烧结快速成型技术-简述

磐纹科技快速成型制造过程的应用介绍
○快速成型工艺加工流程、设备及应用技术：
激光快速成型设备性能介绍
○激光快速成型系统技术描述RS 系列工艺原理图
SL （stereolithography ）是机械、激光、光化学、
软件、控制技术的结晶。

基于光敏树脂受紫外光照射凝
固的原理，计算机控制激光逐层扫描固化液槽中的光敏
树脂。

每一层固化的截面是由零件的三维CAD 模型软件
分层得到，直至最后得到光敏树脂实物原型。

特点：
激光快速成型技术支持带有STL 接口的所有三维造型软
件，如:Pro/E ，UG ，Solidworks ，Catia
* 能制造任意复杂程度的三维模型
* 工艺过程全自动,CAD 数据驱动
* 无须特殊工装和工具
* 能制作非常精细的细节、薄壁
* 高精度，误差达到±0.1％，薄壁件可实现最小壁厚0.3mm * 成型表面质量高
实物 三维扫瞄 三维重建
设计意图
及概念
二维图纸
3D CAD Catia UG Pro-E Solidwork 等RS 系列激光快
速成型机* 快速原型 快速模具* （真空注型工艺等） 样件/中、小批量生产 设计/装配验证
塑料产品
金属精密铸造
金属消失铸造
逆向工程（反求）*
SLA激光快速成型机的应用案例
冰箱拖板原型件电磁阀原型件
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激光快速成型技术

激光快速成型技术


薄片叠层制造技术是一种常用来制作模具的新型快速成型技术。其工作原理就是， 首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(模具)的立体几何形状。

1 ﹑用于制造复杂形状的零件 2﹑ 快速制造原型 3 ﹑用于制造多种材料或非均匀材料的零件 4 ﹑用于制造活性金属的零件 5 ﹑用于小批量生产塑料制件 6 ﹑用于制造各种模具或模型
零件在一台设备上即可快速成型出具有 一定精度﹑满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：
激光快速成型技术将CAD数据转换成 STL格式后，即可开始快速制作（该过程是 二维操作在CAD只完成的）。


1 激光分层制造技术（SFF)： 原理：从几何上讲，可将任意复杂的三维实体用平 行的截面去截取-分层，从而获得若干个层面，将 这些层面叠加起来就形成了原三维实体。 包括：立体光刻（SL)或光固法、选择性激光烧结 （SLS）法、激光层压成型（LOM）法和激光快速 熔融沉积（FDM)法等。
立体光刻(SL）制模技术： 原理：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。





提高激光立体光刻制模面型精度的措施： 1 减小薄层厚度L，增加分层数目 2减小模型表面与堆积方向的角度 3采用月牙光滑工艺 4变厚层的分区激光扫描固化工艺 5采用整体涂刮工艺
主讲教师：张璞乐 哈尔滨理工大学荣成学院材料系
快速成型（RP)技术是一项通过材料堆积法制造实 际零件的高新技术。它根据零件的三维模型和数据， 无需借助其他工具和设备，就能迅速精确地制造出 该零件，集中地体现了计算机辅助设计、数控、激光 加工、新材料等科学和技术的综合应用。 传统的零件（包括模具）制造，需要车、钳、铣、刨、 磨或铸造等多种加工手段，成本高又费时，一个复杂 的零件或模具的制造往往需要数月的时间，很难适应 低成本和高效率的要求。

激光快速成形技术介绍

金属粉末激光快速成形技术罗建兵2011031214金属粉末激光快速成形技术介绍金属粉末的激光快速成型技术是集计算机辅助设计、激光熔覆、快速成型于一体的先进制造技术, 是传统加工成形方法的重要补充。

本篇文章主要介绍了金属粉末激光快速成形的原理、装置组成及最新研究进展, 并对其发展前景进行了展望。

快速成型技术(RP, Rapid Prototyping ) 是从1987 年开始发展起来的一种先进制造技术。

该技术最初用来制造铸造用模型, 后来发展到制造原型零件,主要用于模型或零件的直观检验, 其关键是要求形状准确, 而对其力学性能没有太高的要求, 所采用的成型材料主要有液体光敏树脂、蜡、纸等替代材料。

目前, 美国、日本、德国已相继开发出多种快速成型技术, 如液体光敏树脂固化、熔融沉积成型、实体叠层制造、分层固化、选择性激光烧结、3D 喷射印刷等技术。

该技术在无需任何硬质工模具的情况下, 可直接从计算机三维设计制造出实体零件, 在机械制造等众多领域已得到广泛应用。

近年来, 快速成型技术有了新的发展, 已开始在金属材料、陶瓷材料的制备上得到应用, 其主要目标是快速制造出满足使用性能的致密的金属零件。

传统的快速成型方法成型金属零件时, 多采用树脂包覆的金属粉末作为原材料, 通过激光扫描使树脂熔化将金属粉末固结在一起; 也可采用喷射粘结剂的方法将松散的金属粉末粘结成型。

在成型后要经过脱粘、浸渗塑料、低熔点金属或铜来加强, 可制成镶块用在塑料注射模和压铸模中。

如脱粘后经热等静压处理也可制成致密金属零件, 但难以保证零件的尺寸精度。

目前, 金属零件的快速成型方法主要有间接激光烧结、直接激光烧结和液滴喷射沉积, 其中直接激光烧结技术是目前快速制备致密金属零件的主要技术。

1 基本原理金属粉末快速成形技术的基本原理，是先由CAD软件产生零件实体模型，然后由分层软件对CAD 实体模型按照一定的厚度进行分层切片处理，获取各截面的几何信息，然后根据切片轮廓设计出扫描轨迹，并将其转化成NC 工作台的运动指令。

激光快速成形技术发展及应用讲解

激光迅速成形技术最新展开及应用前言激光迅速成形(LaserRapidPrototyping:LRP是将CAD、CAM、CNC、激光、精美伺服驱动和新资料等先进技术集成的一种崭新制造技术。

与传统制造方法对比拥有:原型的复制性、交换性高;制造工艺与制造原型的几何形状没关;加工周期短、本钱低,一般制造花费降低50%,加工周期缩短70%以上;高度技术集成,实现设计制造一体化。

近期展开的LRP主要有:立体光造型(SLA技术;选择性激光烧结(SLS技术;激光熔覆成形(LCF技术;激光近形(LENS技术;激光薄片叠层制造(LOM技术;激光引发热应力成形(LF技术及三维印刷技术等。

激光迅速成形最新技术立体光造型(SLA技术SLA技术又称光固化迅速成形技术,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,被扫描地区的树脂薄层(约十分之几毫米产生光聚合反应而固化,形成部件的一个薄层。

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,这样频频,直到整个原型制造完成。

因为光聚合反应是鉴于光的作用而不是鉴于热的作用,故在工作时只要功率较低的激光源。

别的,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以外,因此加工精度高,表面质量好,原资料的利用率靠近100%,能制造形状复杂、精美的部件,效率高。

关于尺寸较大的部件,那么可采纳先分块成形而后粘接的方法进行制作。

美国、日本、德国、比利时等都投入了大批的人力、物力研究该技术,其实不停有新产品问世。

我国西安交通大学也研制成功了立体光造型机LPS600A。

当前,全球有10多家工厂生产该产品。

选择性激光烧结(SLS技术SLS技术与SLA技术很相像,不过用粉末原料取代了液态光聚合物,并以必定的扫描速度和能量作用于粉末资料。

该技术拥有原资料选择宽泛、剩余资料易于清理、应用范围广等长处,合用于原型及功能部件的制造。

激光粉末快速成形技术.-加工工艺


2.应用技术的跟进。计算机帮助设计、数控技术、新材料技术、激光 加工技术、计算机软件技术等快速成形技术的几种支撑技术近年来得到快 速进展和广泛应用，为快速成形技术的进展提供了强有力的技术支持。
选区挤塑法(Fused Deposition Modeling，FDM)光敏液相法 (Stereolithography，SLA)、选区粘结法(Three-Dimensional Printing， 3DP)等几种机型。针对应用行业、对象的不同，各种机型的快速成形设备 均呈现出各自不同的优势。
的制造出小批量产品的零部件，用于指导新产品开发、模具制造、产品审
样及快速零件制造等。它的出现标志着制造业的革命性变革。该项技术的 应用和研发，近两年在国内得到迅猛进展。根据加工工艺，目前已经实现 商品化的快速成形设备主要有选区激光烧结法(Selective Laser Sintering SLS)、片层添加法(Laminated bbbbbbb Manufacturing，LOM)
性价比较好的应用材料，经过近三年的市场运作，占据该机型快速成形设 的实体原形；由于微细粉末的流淌性与粘度较小的液体相差无几，所以后
备销售市场的大半江山。随后又有华中科技大学和北方恒利科技公司等单 处理过程中，对“废料〞的清理就变的很简单。
位，先后跟进了 SLS 快速成形机的研发工作，在不同的讨论万向上均取得
等行业的产品开发和样件制作。
浙江舜宇集团股份有限公司是一家从事光学产品生产的专业企业，其
主要产品为各类显微镜、天文望远镜、PC 相机及镜头。客户为了提高新
6.性价比较高。由于加工材料完全实现国产化，材料的生产本钱和销 产品开发周期、降低产品的开发本钱和风险、到达快速占据销售市场的竞
售本钱均很低，加工效率高也表达到运行本钱相对低，所成形产品的质量 争要求，在其新产品设计审定、新开发产品的展示、小批量产品的市场调
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(a)工件
(b)切片 (c)分层自由成型 (d)叠加零件
图9-1激光快速制造的原理
体离散
面离散
线离散
有序面 后处理 面叠加
有序线
有序点 线叠加
点 叠 加
图9-2激光快速制造的离散/堆积过程
(a) 传统加工 (b)快速成型 图9-3激光快速制造过程
(1)前处理
①产品三维模型的构建。
②三维模型的近似处理。
9.1.5激光快速成形系统中的激光器
目前，激光器种类繁多，性能各异，用途也多种多样。 要根据使用要求，合理选用激光器的种类，重点是考虑其 输出激光的波长、功率和模式。还要考虑在加工现场的环 境下运行的可靠性，调整和维修的方便性，以及投资和运 行费用等。 (1)He-Cd激光器 SLA工艺中使用He-Cd激光器 (2)Ar+激光器 Ar+激光器也是用于SLA工艺中
可制造任意复杂形 状的零件
9.1.3激光快速制造技术原理
笼统地讲，快速成形属于添加成形。严格地讲，快速成 形应该属于离散／堆积成形，即依据计算机上构成的零件 三维设计模型，利用快速成形机对其进行分层切片，得到 各层截面的二维轮廓图，并按照这些轮廓图逐步顺序叠加 成三维零件。 这种新技术的思路源于三维实体被切割成一系列微小 单元的逆过程，通过不断地把材料按指定路径添加到未完 成的制件上，采用聚合、黏结、熔结、烧结等化学的和(或) 物理的手段，有选择性地固化液体或黏结固体材料，从而 制作出所要求形状的原型或零部件。通常，原型或零件是 逐层累积起来的，并最终达到设计的式样和性能要求。
9.1激光快速成形技术的基本概念
激光快速成形(laser rapid prototyping，LRP)技术是 利用激光为工具，通过逐点、逐面进行材料的“三维堆砌” 成形，再经过必要的处理，使其在外观、强度和性能等方 面达到设计要求，能够快速、准确地制造原型或实际零件、 部件，而无需传统的机械加工机床和模具的技术。 激光快速成形技术的基本原理：首先在计算机中生成 零件的三维CAD模型，然后将模型按一定的厚度切片分层， 即将零件的三维几何信息转换成一系列二维轮廓信息，随 后在计算机的控制下，用同步送粉 ( 或送丝 ) 激光熔覆的方 法将粉末材料按照二维轮廓信息逐层堆积，最终形成三维 实体零件。
③三维模型的切片处理。 根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成形高度方向上用 一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信 息。间隔越小，成形精度越高，但成形时间也越长，效率就越低； 反之则精度低，但效率高。
(2)分层叠加自由 (3)后处理
9.1.4激光快速制造技术的特点 (1)制造过程快速 (2)制造过程高度柔性 (3)技术高度集成 (4)可用材料丰富 (5)经济效益显著 (6)应用领域广泛 快速成形制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法—— 去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件，而采用全新的“增 长”加工法——用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件，将复杂 的三维加工分解成简单的二维加工的组合。因此它不必采用传 统的加工机床和加工模具，只需传统加工方法10％～30％的 工时和20％～35%的成本，就能直接制造出产品样品或模具。
(6)LRP技术与其他相关学科问的关系。
9.4激光快速成形用材料
9.4.1激光快速成形材料的分类 材料的物理状态— —液体材料、薄片材料、粉末材料等。 材料的化学性能— —树脂类材料、石蜡材料、金属材料、
陶瓷材料及其复合材料等
材料的成形方法— —SLA材料、LOM材料、SLS材料等。
图9-13 激光熔覆快速成形原理图
激光熔覆快速成形的突出优点如下: ①具有高度的柔性； ②生产周期短，效率高； ③提高了设计的灵活性；
④应用范围广阔；
⑤可加工材料广泛； ⑥组织性能好；
9.2.5激光诱发热应力(LF)技术 热胀冷缩是金属材料固有的物理性质，当其受到不均 匀加热时，材料内部便会产生热应力，致使构件产生扭 曲。如果热应力超过材料的屈服极限，材料便会产生永 久的塑性变形，甚至出现裂纹而失效。因此，实际生产 中往往尽量避免不均匀加热的产生。但是如果由不均匀 加热而产生的热应力的大小及方向控制得当，使由此产 生的塑性变形朝着预定的方向发展时，这种热应力成形 方法便成为一种有效的塑性加工手段。 激光诱发热应力成形技术就是一种利用高能激光束扫 描金属板或金属管表面时形成的不均匀温度场所导致的 热应力来实现金属成形的方法。
图9-14 激光热应力成形原理图
激光诱发热应力成形技术具有下列特点：
①属无模具成形。 ②为无外力成形。
③为非接触式成形。
④为热态累积成形。
9.3 LRP技术与相关学科间的关系
(1)LRP技术与CAD技术之间的关系; (2)LRP技术与激光技术间的关系; (3)LRP技术与数控技术间的关系; (4)LRP技术与材料科学间的关系; (5)LRP技术与检测技术间的关系;
第九章 激光快速成形技术
第9章 激光快速成形技术
【学习目的与要求】
通过本章的学习，加深学生对材料的成形方式，尤其 是添加成形方式以及激光快速成形技术的基本思想和成形 特点的理解；掌握激光立体光固化成形 (SLA) 技术、激光 薄片叠层制造(LOM)技术、选择性激光烧结(SLS)技术、激 光熔覆成形(LCF)技术和激光诱发热应力(LF)技术等；对激 光快速成形技术的应用场合有一个全貌的了解和认识；为 将来从事科学研究或生产企业的技术研发建立一定的技术 基础。
图9-9 激光立体印刷成形原理图
激光立体印刷成形具有以下优点： ①精度高。
②成形速率较快。
③扫描质量好。
④关键技术得到解决。
但这种成形方法也有自身的局限性，比如需要支撑、树脂 收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。
9.2.2激光薄片叠层制造(LOM)技术
激光薄片叠层制造 (LOM) 技术是由美国 Helisys 公司于 1986年研制成功的。它由计算机、原材料存贮及送进机构、 热压装置、激光切割系统、可升降工作台和数控系统、模 型取出装置和机架等组成。 首先采用激光或刀具对薄片材料进行切割，切割部分 包括二维截面形状，以及将不属于原型材料的部分切割成 网格状。通过热压辊的热压以及工作台的升降，可以切割 出一层新的层片，并将其和前一个层片黏结在一起，层层 叠加后得到一个块状物，将不属于原型的材料剥离，就获 得所需的三维实体。
9.2.3选择性激光烧结(SLS)技术 选择性激光烧结 (SLS) 技术是由美国 Texas 大学 Austin 分校的Deckard于1989年研制成功的。 其工艺过程：用红外线板将粉末材料加热至恰好低于 烧结点的某一温度，然后用计算机控制激光束，按原型或 零件的截面形状扫描平台上的粉末材料，使其受热熔化或 烧结。继而平台下降一个层厚，用热辊将粉末材料均匀地 分布在前一个烧结层上，再用激光烧结。如此反复，逐层 烧结成形。这种工艺与立体印刷成形 (SLA) 基本相同，只 是将SLA中的液态树脂换成在激光照射下可以烧结的粉末 材料，并由一个温度控制单元优化的辊子铺平材料以保证 粉末的流动性，同时控制工作腔热量使粉末牢固黏结。
9.1.2成形方式的分类 根据现代成形学的观点，可把成形方式分为以下几类。 (1)去除成形(dislodge forming) (2)添加成形(additive forming) (3)受迫成形(forced forming)
(4)生长成形(growth forming)
表9-1 各种成形方法的比较
Hale Waihona Puke 9.2.4激光熔覆成形(LCF)技术
激光熔覆快速成形制造技术也称近形技术、直接光制造技 术、直接金属沉积技术和激光共凝固技术，是近年来在激光熔 覆技术和快速原型技术的基础上发展起来的一种新技术。 LCF技术的工作原理与 SLS技术基本相同，通过对工作台 数控，实现激光束对粉末的扫描、熔覆，最终成形出所需形状 的零件。 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、扫描速率、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。激光熔覆成形能制成非常致密的金属零件，因而具有良 好的应用前景。
图9-12 选择性激光烧结成形原理图
选择性激光烧结成形特点如下: ①可采用多种材料。 ②制造工艺比较简单。 ③高精度。 ④成本较低，可制备复杂形状零件，但成形速率较慢， 由于粉体铺层密度低导致精度较低和强度较低。 激光选择性烧结技术常用原料是塑料、蜡、陶瓷、金 属以及它们的复合物的粉体。用蜡可作精密铸造蜡模，用 热塑性塑料可作消失模，用陶瓷可作铸造型壳、型芯和陶 瓷件，用金属可作金属件。目前大多数激光选择性烧结技 术研究集中在生产金属零件上。
9.1.1原型及原型制造 原型是能基本代表零部件性质和功能的试验件，从表面质 量、色彩等方面可具有零部件的特征，但不具备或不完全具备 零部件的功能。 零部件——最终产品，具有最佳特性、功能和成本。 原 型——一般数量较少，主要是用于实体观察、分析、试 验、校核、展示、直接使用或间接制造模具。 在设计部门内部、其他部门以及市场上的用户之间、原型 是交流设计概念的最好工具。 原型可以由两种方法产生：一种方法是利用已有的知识和 技术，按目的要求进行设计、加工或由设计者利用CAD／CAM 系统，通过构想在计算机上建立原型的三维数字模型并加工成 实物；另一种方法则是通过反求技术实现，即由用户提供一个 实物样品，原封不动或经过局部修改后得对这个样品的复制品 或仿制品。原型制造是设计、建造原型的过程。
(3)CO2激光器 SLS和LOM两种工艺中都使用C02激光器 ①CO2激光器的基本原理。 ②封离型CO2激光器。
9.2激光快速成形技术方法
激光快速成形技术包括很多种工艺方法，其中相对比较 成熟的有立体光固化成形 (SLA) 技术、激光薄片叠层制造 (LOM) 技术 、 选择 性激光烧 结 (SLS) 技 术、激光 熔覆成形 (LCF)技术和激光诱发热应力(LF)技术等。 9.2.1立体光固化成形(SLA)技术 立体光固化成形 (SLA) 技术是美国 3D-Systems 公司推出 的最早的LRP技术实用化产品。它由液槽、可升降工作台、 激光器、扫描系统和计算机控制系统等组成。 它以光敏树脂为原料，在计算机的控制下，紫外线按零 件各分层截面数据对液态光敏树脂表面逐点扫描，使被扫描 区域的树脂薄层产生聚合反应而固化，形成零件的一个薄层； 一层固化完毕后，工作台下降，在原先固化好的树脂表面再 敷上一层新的液态树脂，以便进行下一层扫描固化；新固化 的一层牢固地黏合在前一层上；如此重复直到整个零件原型 制作完毕。