激光选区烧结快速成型在熔模铸造中的应用

陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术研究与应用现状一、本文概述陶瓷材料以其独特的高硬度、高耐磨性、高化学稳定性以及良好的热学、电学性能，在众多工程领域中发挥着不可替代的作用。

然而，传统的陶瓷成型工艺如压制、注浆等静压等，都存在工艺复杂、能耗高、生产周期长等问题，这在一定程度上限制了陶瓷材料的大规模应用。

近年来，随着增材制造技术的发展，选择性激光烧结熔融技术（Selective Laser Sintering/Melting，简称SLS/SLM）作为一种先进的陶瓷材料成型工艺，逐渐展现出其独特的优势和应用潜力。

本文旨在全面综述陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术的研究现状和应用进展。

文章将简要介绍选择性激光烧结熔融技术的基本原理和特点，并重点分析其在陶瓷材料成型中的应用优势。

随后，文章将详细探讨陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术的研究现状，包括材料体系、工艺参数、设备发展等方面。

文章还将对陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术的应用现状进行梳理，涉及航空航天、生物医学、汽车制造、电子封装等领域。

文章将展望陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术的发展趋势和未来挑战，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考和借鉴。

二、陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术原理选择性激光烧结熔融（Selective Laser Sintering, SLS）是一种增材制造技术，特别适用于陶瓷材料的加工。

该技术的核心原理是通过激光束在计算机控制下，选择性地熔化或烧结粉末材料，层层堆积形成三维实体。

在陶瓷材料的选择性激光烧结熔融过程中，首先需要将陶瓷粉末均匀铺设在打印平台上。

然后，激光束根据预先设定的三维模型数据，在计算机的控制下，对陶瓷粉末进行选择性加热。

激光束的能量使粉末颗粒间的接触点发生熔化或烧结，形成牢固的结合。

随着打印层的逐渐累加，最终形成完整的陶瓷部件。

陶瓷材料的选择性激光烧结熔融技术具有高精度、高效率和高材料利用率等优点。

同时，该技术还可以通过调整激光参数、粉末材料性能等因素，实现陶瓷部件的微观结构和性能的调控，以满足不同应用场景的需求。

RP技术在快速铸 造中的应用概况
引言
快速成型技术 与 传统的铸造技术 相结合
快速成型与3D打印应用
形成---------快速铸造技术 (Rapid Casting -RC)
快速成型技术快捷地提供

铸造所需的蜡样 可消失熔模 木模或砂模（用于砂型铸造的 ）
快速成型与3D打印应用

RP 技术出现以来，一直在铸造领域有着比较活跃的 应用。在典型铸造工艺如熔模铸造等中为单件或小批量铸 造产品的制造带来了显著的经济效益。

快速成型技术的出现，为铸造的铸模生产提供了速度 更快、精度更高、结构更复杂的保障。
1. 应用分类
快速成型与3D打印应用
快速熔模铸造ຫໍສະໝຸດ 快速陶瓷型铸造M1
M2
M4
M3
快速砂型铸造
快速石膏型铸造
Thank You!

第2章快速成型技术及其在铸造中的应用2.1 引言快速成型（Rapid Prototyping-RP）技术是国际上新开发的一项高科技成果，简称快速成型技术。

它的核心技术是计算机技术和材料技术。

快速成型技术摒弃了传统的机械加工方法，根据CAD生成的零件几何信息，控制三维数控成型系统，通过激光束或其它方法将材料堆积而形成零件的。

用这种方法成型，无需进行费时、耗资的模具或专用工具的设计和机械加工，极大地提高了生产效率和制造柔性。

从制造原理上讲，快速成型（RP）技术一改“去除”为“堆积”的加工原理，给制造技术带来了革命性的飞跃式发展。

基于RP原理的快速制造技术经十几年的发展，在创新设计、反求工程、快速制模各方面都有了长足的进步。

RP技术的应用可大大加快产品开发速度，缩短制造周期，降低开发成本。

现代市场竞争的特点是多品种、小批量、短周期，要求企业对市场能快速响应并不断推出新产品占领市场，如新型电话机的市场寿命仅6个月，又如台湾和日本摩托车行业，每三个月就推出一种新型摩托车投入市场，摩托车几万辆就需改型。

二十世纪九十年代以来，在信息互联网支持下，由快速设计、反求工程、快速成形、快速制模等构成的快速制造技术取得很大进展。

快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的Alan J. Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美国UVP公司的Charles W. Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983)，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。

Charles W. Hull 在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。

同年，Charles W. Hull和UVP的股东们一起建立了3D System公司。

—
Ｗ ＡＮ Ｈｏ ｇ，ＸＵ Ｚｈ－ｅ ｇ，ＹＡＮ ｎ － ｏ ｇ， Ｃ ａ ｇ ｃ ｎ ｉ ｎ ｆ Ｑｉｇ ｓ ｎ ＡＩ Ｃｈ ｎ － ｈ ｎ，Ｌ ｎ Ｉ Ｎｉｇ
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在计算机的控制下 ，按照截面轮廓的信息 ，对制件的
实心 部分所 在 的粉末 进行烧 结 。一层 完成后 ，工 作 台
下降一个 层厚 ，再进行后 一层 的铺粉烧结 ，如此循环 ，
选 区激 光烧结 （ｅ ｃｖ ａｅ ｉｔ ｉｇ Ｌ ）是 Ｓｌ ｔ ｅ ｓｒ ｎｅ ｎ ，Ｓ Ｓ ｅｉ Ｌ Ｓ ｒ 应用 分层 制造 思想 ，以固体 粉末 材料直 接成 型三 维实 体零 件 ，具 有 不受零 件形 状 复杂程 度 的限制 、尺 寸精 度高 、不需 要 任何工 装模 具 、修改 容易及 时 、重 复性 好等 特点 ［ ３ ］ 选 区激 光 烧结 技术 应用 到艺术 铸造 中 ， 。将 具有 把复杂 的艺术 品铸 件Ｃ Ｄ模 型直接 转化 为实 体原 Ａ
ｐｏｏ ｐ ｉ ｃｌ，ａ ｄｒａｉ ｓｎ ｕｄｆｓ ｎ ｆｃｕｅｏ ｔＩ ｒ ｒ．ｔ ｖ ｒｌｐｅ ｉｏ ｒｔｔ ｅｄｒ ｔ ｙ ｅ ｙ ｎ ｌｅ ｏｍｏ ｌ ａ ｔ ｅ ｚ ｍａ ｕａ ｔｒ ｆ ａ ａｔ ｋ １ ｏ ｅａｌ ｒｃｓ ｎｉ ｍｅ ｗｏ ｓ ｉ Ｓ
万 红 ，徐志锋 ，严青松 ，蔡长春 ，李 宁
（ 南昌航 空工业 学院材料 学院 ，江西 南昌 ３ ０ ３ ） ３０ ４

选择性激光烧结成型技术的工艺与应用第一篇：选择性激光烧结成型技术的工艺与应用选择性激光烧结成型技术的研究与应用摘要：介绍了选择性激光烧结成型技术的基本原理、工艺过程和特点，阐述了激光烧结技术的材料和设备的选择，列举了激光烧结技术在各个领域特别是模具制造领域的应用，并且分析了现有技术中存在的问题以及前景的展望。

关键词：快速成型；选择型激光烧结（SLS）；模具制造 1.引言快速原型技术（Rapid Prototyping，PR）是一种涉及多学科的新型综合制造技术。

它是借助计算机、激光、精密传动和数控技术等现代手段，根据在计算机上构造的三位模型，能在很短时间内直接制造产品模型或样品。

快速原型技术改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发的周期，加快了产品的更新换代速度，降低了企业投资新产品的成本和风险。

选择性激光烧结机技术（Selective Laser Sintering，SLS）作为快速原型技术的常用工艺，是利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。

与其他快速成型工艺相比，其最大的独特性是能够直接制作金属制品，而且其工艺比较简单、精度高、无需支撑结构、材料利用率高。

本文主要介绍选择型激光烧结成型技术的基本原理、工艺特点、材料设备选择以及应用等内容。

2.选择性激光烧结技术（SLS）2.1 选择性激光烧机技术（SLS）的基本原理和工艺过程选择性激光烧机技术（SLS）工艺是一种基于离散-堆积思想的加工过程，其成形过程可分为在计算机上的离散过程和在成形机上的堆积过程，简单描述如下：（1）离散过程。

首先用CAD软件，根据产品的要求设计出零件的三维模型，然后对三维模型进行表面网格处理，常用一系列相连三角形平面来逼近自由曲面，形成经过近似处理的三维CAD模型文件。

然后根据工艺要求，按一定的规则和精度要求，将CAD模型离散为一系列的单元，通常是由Z向离散为一系列层面，称之为切片。

然后将切片的轮廓线转化成激光的扫描轨迹。

激光选区烧结快速成型在熔模铸造中的应用采用激光选区烧结(SLS)技术烧结耐碱腐蚀阀门PS基粉料原型件，并结合熔模铸造技术生产出铸件。

研究了SLS快速成型和熔模铸造一体化技术，从而实现了从计算机三维模型到金属零件的快速铸造工艺。

激光选区烧结(SLS)快速成型技术采用离散／堆积成型的原理，就是将在计算机上建模的CAD三维立体造型零件，转换成STL文件格式，再用一离散软件从STL文件离散出一系列给定厚度的有序片层，然后，将上述的离散数据传递到成型机中去。

成型机中的扫描器在计算机信息的控制下逐层进行扫描烧结。

通过层层堆积生成实物样件。

由于它把复杂的三维制造转化为一系列简单的二维制造的叠加.因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零件，极大地提高了生产效率和制造的灵活性。

它与多领域制造工艺相结合，可实现快速模具、快速铸造、快速产品制造。

1 基于SLS原型件的熔模铸造工艺快速成型技术与铸造工艺相结合的产物是快速铸造技术(Quick Casting，简称QC)，与传统熔模铸造相比，直接由快速成型系统制造出铸造熔模，省去了蜡模压型设计、压型制造等环节，大大地提高了企业的竞争力。

下面介绍利用SLS 快速成型技术提供的PS原型件为“蜡模”，进行熔模铸造工艺研究。

基于SLS 的熔模铸造工艺流程如图l所示。

图1 基于SLS的熔模铸造工艺流程1.1 “蜡模”的制作采用SLS专用聚苯乙烯（PS）粉末材料，在AFS快速成型机上烧结出阀体和阀芯的PS原型件。

经过蜡化、精整处理后，称为“蜡模”，如图2所示。

1.2 浇注系统的确定图2 阀体和阀芯的蜡模浇注系统是铸型中引导液态金属进入型腔的通道，合理的浇注系统设计。

应该根据铸件的结构特点、技术条件、合金种类.选择浇注系统的结构类型、确定浇口位置。

浇注系统设计是否合理.直接影响着铸件的质量。

采用韩国出品的铸造模拟分析软件Anycasting对铸造充型和凝同过程进行数值模拟，对铸件可能产生的缺陷进行事前预测，通过模拟结果判断浇注系统是否合理，是否需要进行调整。

快速成型技术在熔模精密铸造中的应用快速成型技术是高柔性的现代化制造工艺，在无专门工具的情况下直接完成零部件的成型制备。

快速成型技術在熔模精密铸造中的有效应用，可满足新产品的试制与小批量的生产要求。

本文即从快速成型技术出发，从组合工艺、蜡模组焊、制壳工艺以及产品实例等方面，深入分析了快速成型技术在熔模精密铸造中的具体应用，以促进二者的紧密融合。

标签：快速成型技术；精密铸造；应用；蜡模近年来，随着我国市场经济制度的逐步完善与国家综合实力的迅速提升，航空航天以及国防科技开始成为国家重点发展的行业。

航天探测、国防建设、汽车生产等均离不开金属零件，这些金属零件不仅是上述产业的必要物质基础，更具有着结构复杂、精细化程度高等特点。

部分金属零件的结构并不对称，甚至存在着多种类型的不规则曲面，这显著增加了金属零件的铸造难度。

传统的金属部件铸造技术需要通过设计母模或过渡模来完成复制，耗时长、成本高且制造困难，快速成型技术的形成则解决了这一难题。

快速成型技术可在短时间内快捷的制备出蜡模或可消失熔模，增强了精密铸造的效率与柔性。

本文即分析了快速成型技术在熔模精密铸造中的应用。

1 快速成型技术及制作流程快速成型技术，英文表达为Rapid Prototyping Manufacturing，可简称为RPM，它主要包含三种成型制造方法，分别是SLS、SLA以及SLM。

与传统的制造工艺相比，快速成型技术同时融合了计算机辅助设计技术、数控技术、材料技术等诸多新型科技手段，具有高柔性、低成本、方便快捷等优势。

通常情况下，快速成型技术的工艺流程主要包含三项步骤：第一，利用计算机设计软件形成待生产产品的三维实体模型，并将该三维模型转换为RP文件标准的STL格式，若模型转换过程中发生了错误，设计人员应及时查验并予以修补。

第二，整理上述环节中形成的每一片层的资料，并发送至快速自动成型机中。

第三，在产品的快速制造过程中，技术人员以激光作为产品快速成型加工的加热源，采取材料添加法，将每一层烧结或熔结，逐步将各层连结在一起，直至制备出完整的零件产品。

激光快速成型与传统精密铸造技术的组合应用1引言快速自动成型（RapidPrototyping）技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称。

该技术解决了计算机辅助设计(CAD)中三维造型的“看得见，摸不着”的问题，能将屏幕上的几何图形快速自动实体化。

它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代化科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。

其本质是用积分法制造三维实体，将计算机中储存的任意三维型体信息传递给成型机，通过材料1 引言快速自动成型（Rapid Prototyping）技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称。

该技术解决了计算机辅助设计(CAD)中三维造型的“看得见，摸不着”的问题，能将屏幕上的几何图形快速自动实体化。

它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代化科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。

其本质是用积分法制造三维实体，将计算机中储存的任意三维型体信息传递给成型机，通过材料逐层添加法直接制造出来，而不需要特殊的模具、工具或人工干涉。

2 国内外动态和发展趋向美国在发展快速自动成型技术方面，一直处于领先地位，一些著名的高校如麻省理工学院、得克萨斯大学和一批研究机构从政府和工业界取得了大笔开发、研究经费，用于这项技术的进一步研究。

各大公司纷纷购入成型机，以满足争分夺秒的市场需求。

日本、德国、英国等都在研究新的成型技术，开发新产品。

现已有2500多套快速成型机分布在世界各地的不同领域。

自从快速自动成型问世后，国外就很重视其与传统精密铸造技术相结合，继而产生了快速铸造。

快速成型技术在熔模精密铸造中的应用可以分为三种：一是消失成型件（模）过程，用于小量件生产；二是直接型壳法，也用于小量件生产；三是快速蜡模模具制造，用于大批量生产。

这三种方法与传统精密铸造相比，解决了传统方法的蜡模制造瓶颈问题，其流程示意如图1。

国内目前主要有北京隆源、华北工学院、华中理工大学等在进行快速成型设备生产与工艺研究。

选择性激光烧结（SLS）在模具制造中的应用【摘要】传统的模具加工方法在看到零件图纸产生设计概念后，需要进一步设计加工图、工艺规程等等，而选择性激光烧结可根据三维CAD数模直接制造出具有复杂内部结构的模具，简化了制模的工艺过程，大大节约了产品成本，提高了产品的生产效率，特别适合新产品的开发和单件小批量产品的生产。

本文介绍了选择性激光烧结的原理及在模具制造业的应用。

【关键词】模具制造；选择性激光烧结；粉末烧结1.选择性激光烧结（SLS）的简介随着世界经济竞争的日益激烈化和全球化，产品制造商们越来越需要以最短的时间制造出符合人们消费需求的新产品来抢占市场。

20世纪80年代末出现的SLS技术就是在这样的背景下提出并逐步得以发展的。

它是一种逐层零件制造上艺，它突破传统的材料变形成型和去除材料成型的工艺方法，使用近乎全自动化的工艺从CAD文件直接生产所需要的模型或模具，可以显著减少产品原型的开发时间和成本，极大的提高产品的质量；由于SLS工艺具有选材广泛、适用性广、制造工艺比较简单、成形精度高、无需支撑结构、可直接烧结模具等诸多优点，成为当前发展最快、最为成功的且已经商业化的模具制造方法之一，在现代制造业得到越来越广泛的重视。

因此。

SLS技术在模具制造业中越来越具有竞争力，有望成为21世纪的的主流制造技术。

2.原理选择性激光烧结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。

SLS的原理与SLA十分相象，主要分别在于所使用的材料及其性状。

SLA所用的材料是液态的紫外光敏可凝固树脂，而SLS则使用粉状的材料。

这是该项技术的主要优点之一，因为理论上任何可熔的粉末都可以用来制造模型，这样的模型可以用作真实的原型元件。

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。

该技术最大特点是能同时用几种不同材料（聚碳酸脂、聚乙烯氯化物、石蜡、尼龙、ABS、铸造砂）制造一个零件。

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Hale Waihona Puke 选 择 性 激 光 烧 固化 形．南京航空航天大学研究金属粉 末饶结．华中理工大举材料学院研 究纸牯 结 戚形等 ，取 得 了可喜的 成果 快速 成型技 术的 发展 ，使得 产品 设 计 ．制造 的周期 大大 缩短 ，提高 产品 蹬 计 ．制 造一次成 品率 ，降 低产品的 开 发
成本从而精制 造业情采 了根 本性 的变化 ｆ Ｉ ， 由于铸 件质 量要求高 ， 交付时 间 ’ｌ ［Ｊ －‘ 托制造 －特 驯是航窄 、航 天、国防、汽车 紧 ，经咨询 国外供应 商．周期最短要 ６个 『 ｋ 等行 业．接齄础的核心部件 一 为金属 ， ，单机含模具 赞用约 ２ 万元 ，不仗保旺 般均 ｆ ０ 零件 ．而 Ｈ 相 多的 盎属零件是 非对称性 ． ｒ 进度要求 ，而且费用太高 。最后 该企 的 ，柯 小觇驯 ｆ面的或结构复杂Ｉ Ｉ ｝ ｝ 耐内部 义 业 与北京隆源 自动战型系统有限公司共同 含柯精细结构的零件 ，这些零件ｎ 生产常 台作研 制．采用 Ｓ ｑ Ｉ Ｓ快速 成形拄术制遗精 采用熔模娉造的 麒 与传统的方法 相比， 锛蛑 罐． ｝ 只用一个 月就接要求 交付 了铸件 ， 激光快遮肢犁挫 术 育州显的忧越性 本 椎札 费用仅 为几万 元。 文探计Ｔ激北快 速成型技 术在熔模铸造过 １ ２ 速模 具 谴 ．快 程中进 行熔 横制造和横具制造 的应 Ｊ ．非 ｆ １ 在熔模铸 造生产巾．楼具的制造往往 ’＾ｒ 光快速 成型拄 术在熔楗铸造 巾的 足用机械加 的方法来完成的 ，有时需 要 ｆ 【 激 亡 应 理 、特 点羊 工艺淹程 ，以及提 高 坩 １ ｃ ： Ｊ ： 进行修整 ，不仪周期 ，耗资大．而 澈 把快速成 件质量的一些措 施． Ｈ帆模具设 计到加工制造是 一十多环结的 复杂过程 ．略有失误要垒郝返工 ．特 别是 １ 激光快速成型技术的应用 如叶片， 叶轮 壳 选 择 性 激 光 饶 结 （ ｌ“ ｉ ｌ ｓ Ｓｅｅ ｅ ｅ 刈 些形状 复杂的铸 件， ａ ｒ Ｓｎ ｉ ｉｍｒｎ ｇ，简称 ｓ ｓ ｆ熔 横铸Ｊ ｑ＇ Ｈ Ｌ） Ｅ ￣Ｊ ｉ ｛ 惟．发动机缸体，缸盖等 ，摸具的制造 型 ， Ｊ 应 要有两 个 而 ：快速熔横制造和快速摸 是一个难度 怍常七的过程 ．即使使用数控 具 制 造 帆球等昂贵的设备．在加工技术硬： 艺 可 ［ 行悄： 仍有很大 难度 可以设想，如果 靠而 ＩＩ ．快速螓横制造 戚 Ｓ ＬＳ成 忖抖亓 以是熔 模铸造 Ⅲ蜡 遇到此粪零件的 ．制 ，菸制造 周期 、成奉 ｒ 技术 ．叮 粉 ，聚磷酸酯 ，尼龙 、Ａ Ｂ Ｓ豫料等 石 肢风鼢是相 当太的。如爨借 助ＲＰ 步到位的生产｝ 垒密度 接近无需 再加 ［ ＿ 蜡 聚 碳酸酯 等热塑性 材料 ，加 热后 呵 ： 如１ 熔点 台金模具 硅胶模 ， 陶 完 垒熔 化． 很适 合于熔 模铸 造 山蜡粉 』 ｎ 模具， 医 瓷模等 。谜 不仪有效 降低产品 制造 成本． 制成的模佯 ｒ直接进 ＾后续的熔幞铸造 ］ 】 刚ｉ大大缩短产品制造周期 序 。聚碳酸 酯模 制作快 、强 鹰高 、表 面 １ 利 用激 光选择性 烧绪 （ ＳＬＳ）时以 粗 糙 度 值低 ， 现 已逐 步 用 其 代替 蜡 反应性 树脂 包覆的 陶瓷粉进 行烧 结 ，可 摸 。聚 碳酸 酯粉 来烧结成 附 摩 模样 用 ｝ 步 ｆ熔模 铸造 生产 也很有 前途 。 这种模 样 以 一 制 成铸 造 用 的 型 壳 、 型芯 的 方 丰 对温度 变化 敏感 ．强 度高 ，在制作过 法 ＳＬＳ成形材串 可以是熔 模铸造 用蜡 Ｓ塑料等 在 程中变 形和脆 断 少，在最后 燃烧 脱蜡 工 粉 、聚 碳驻黼 ．尼龙 ＡＢ 序 中残 留反 少 现 在迁 ＿研究 开发其 ＪＣＡＤ环境 中、直接将零 怍模 样转换为党 住 地粉 末材料 ，如 裴苯乙烯 和ＰＭＭＡ，其 型 ．苒配以 浇注 系统 型壳 的厚度 可取 Ｊ ～１ Ｏ 烧结 温 嗟１ 氐、强 度高 、燃烧快 版 舒更 ５ ｍⅢ ，饶结 过程巾 ．非零件部分进 行烧结 ，零 件部 分仍足 柑末 。烧结完 成 少 。 用选择悱激 圯烧结 艺制成朐原型尺 后将粉 丰倒 出．再 经 固化处理就 获得 铸 寸住 使 用蜡 柑时 可逃 一 ０ Ｉ ～０ ２ ） ｎ ， 造 用的 型壳 ，进 行浇往后 即可 制得金 属 （ ． ３ ．５ｒ 】 ａ 表面粗糙度均 方根值猩 ３ ∽８ ．６ ｌ 零 件。 甩此方珐 ．省去传统 精密 铸造 多 ． ～４ ０４ ｕｎ 之 间 使用蜡 粉时 垂直方 向的成 形速度 种 工艺 过 程 ，是 传统铸 遗 的霞 大 变革 。 它的 最大 优点是 速度 快 ，不需要 任阿模 为１ ． ｒｍ／ 使用聚碳酸 酯粉束时 为２ ２７ ａ ｈ， ４ ｉ ］ 蟮管Ｓ ｈｍ／ １ Ｉ Ｓ制作表面粗糙度值高 ｆ 具 ，藩至 不需画 图 ．设计 工程师通 过 计 于其他快速 成形技 术制 作 ．但聚碳 酸醑 算 嗣络将 资料送列铸造 车阃的系统中便 Ｌｌ 可完成 型壳 的 ｜计 与制作 。 恢丁 艺的 不 殳 二 的模 可通过 其 表面涂蜡 而改 善 船统 计有 ３ ０％的摸榉采 用该社制楼 。如某氽 足 之 处主 要是 零 件表 丽粗 糙 度值较 高 。 业在为新产品研制铝合金壳罩熔模精密铸 媾关键技 术是 型壳 厚度 ．型壳 表面粗 糙

快速成型技术在熔模铸造中的应用摘要：介绍了光固化立体造型技术，选择性激光烧结技术，熔融沉积成型技术，冰模快速成形技术的工艺流程及其在熔模铸造行业中的应用现状。

阐述了四种不同技术下铸造的金属铸件的优缺点。

对快速成型技术在熔模铸造中的应用前景进行展望。

关键词：快速成型技术；熔模铸造；冰模快速成形Application of rapid prototyping technology in investment castingSong Xiuli, Wei Xiuting, Zhou Junjie, Wang Yongqi, Liu Xiaofei[School of Mechanical Engineering,Shandong University of Technology]Abstract: Introduces the process flow of stereo lithography appearance, selective laser sintering, fused deposition molding, ice mold rapid prototyping and its application in casting industry. The advantages and disadvantages of metal castings cast with four different techniques are expounded. The application prospect of rapid prototyping technology in investment casting is put forward.Key words: Rapid prototyping technology ; Investment casting ; Ice mold rapid prototyping0 引言熔模铸造又称熔模精密铸造，是一种近净形的液态金属成型工艺。

铸造、熔模铸遣、石膏型铸遗、陶瓷型铸造和金属铸型等方 面的应用和进展 ，列举 了一些应用实例和存在的
缺 陷 ，并对 未来进行 了展 望。
一
、
概述
光器烧结粉末材料。成 形时先在工作台上铺上一层粉 末 材料 ，激 光束在计算机控制下按截面轮 廓的信息 ，对制
件的实心部分所在的粉 末进行烧结。一层完成后 ，工作
原料粉末 ２铺扮辊筒 ３激光二维扫描头 ４激光窗 ． ．
５力工平面 ６生成的零件 ７ ＿ 日 ． 成形活塞 ８供粉活塞 ．
用于选区激光烧结 （ＬＳ Ｓ ）的材料均为粉末材料 ， 来源非常广泛 ，原则上所有受热后能互相连接的粉末材
料或表面覆有热 固 （ ）性粘结 剂的粉末都能用作Ｓ Ｓ 塑 Ｌ
利用Ｓ Ｓ Ｌ 烧结覆膜砂而制成的铸型 （ 芯）有着透 气
性好 、发气量少、表面粗糙度低等优点 ，成为国内外研 究的热点 。德 国Ｅ 公司 、美 国ＤＴ ＯＳ Ｍ公司和国内的北 京隆源公司等都开发 了树脂覆膜砂的激光烧结 工艺 ，该
争磊 工… —
００ ～０１ ｍｍ，否则会影 响原型的成形精 度。当用覆 ． ５ ．５ 膜砂或覆膜陶瓷粉制作铸 造型： ，还要求材料有较小 占时
源公 司专门研究 了针对激光烧结工艺的铸造 覆膜砂 ，称
为激光烧结砂 。它具有树 脂添加量低、反应速度快、烧 结温度高、热分解小、成形精度高和清砂容 易等特点 ，
选区激光烧结Ｓ Ｓ （ｅ ｃｉ ｓｒ ｉｔ ｉｇ Ｓ Ｓ Ｌ Ｓ ｌ ｔ ｅｌ ｅ ｎｅ ｎ－ Ｌ ） ｅ ｖ ａ ｓ ｒ
工艺 ，又称选择性 激光烧结 ，是 ｌ ８ 年由美 国德州大 ９９
学 奥斯汀分校Ｃ． Ｄｅ ｈ ｒ研制成功的一种快速成形方 Ｒ． ｃ ａｄ

第22期2019年8月No.22August ，2019董东东，王岳亮，马文有，赵国瑞（广东省新材料研究所，广东广州510651）引言选区激光熔化技术（Selective Laser Melting ，SLM ）是一种金属件直接成型方法，是快速成型技术的最新发展成果。

该技术基于快速成型的基本思想，用逐层添加的方式根据计算机辅助设计（Computer Aided Design ，CAD ）数据直接生成具有特定几何形状的零件。

成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合［1］。

该技术具有制作复杂形状、成型件致密度高、节省材料等优点［2］。

与其他增材制造技术相比，SLM 技术成型精度较高，成型件致密度接近100%，因此，该技术已被广泛应用于医学个性化定制、随形冷却模具、航空航天、工业制造等领域［3］。

选区激光熔化技术可以直接制造复杂形状的产品，在小型注塑模具的制造方面优势十分明显。

它可以实现随形冷却模具的直接成型，制造周期短、性能优良。

随形冷却水路使得模具表面降温均匀而迅速，不仅大大缩短了注塑周期，而且注塑件均匀无缺陷。

目前，选区激光熔化技术已被广泛应用于随形冷却模具的生产制造中，并得到行业认可。

国内外学者针对SLM 成型模具钢材料进行了多项研究。

其中，包括SLM 成型马氏体时效钢的材料性能研究［4］以及随形冷却模具的设计制造和冷却水路传热的模拟研究。

例如，周屹［4］对随形冷却水道的设计方法进行了分类，分别对水道轨迹、截面形状、内部结构等设计方法进行了一定的分析，得到随形水路具有较好冷却效果的结论。

黄玉山等［5］对SLM 成型马氏体时效钢打印态试样以及不同热处理后的试样进行组织和力学性能分析，针对热处理对马氏体时效钢组织和力学性能的影响进行了探索。

以上研究主要针对SLM 成型马氏体时效钢材料的某一项性能、工艺或随形冷却模具的传热性能等进行研究，少有学者从模具应用角度对选区激光熔化技术在模具制造中的应用进行归类总结和研究。

激光选区烧结成型材料的研究和应用现状激光选区烧结（LaserSelectiveSoldering，简称LSS）是一种新型的焊接技术，它可以快速准确烧结微型电子元件，具有一个精度高、操作简单和控制柔性强的优点。

随着科技的发展，激光选区烧结技术在电子产品中的应用也越来越广泛。

本文将分析激光选区烧结电子材料的发展和研究状况，并就其在实际应用中的优缺点作出介绍。

第一部分介绍了激光选区烧结电子材料的发展历程及研究现状。

激光选区烧结是由一个可控制的激光源和热传导装置一起使用的一种新型的焊接技术。

它的工作原理是，在被烧结的电子元件表面，激光束会将部分区域迅速加热，使其熔化，形成一个可控制的熔接池，而另一部分区域则不会受到激光的影响，因此可以防止熔接区域的损伤。

自从三十年前被发明以来，激光选区烧结技术不断发展，现在已经成为一种实用、有效的焊接技术。

第二部分介绍了激光选区烧结电子材料在实际应用中的优势和局限。

相比传统的焊接技术，激光选区烧结技术具有以下优势：（1）烧结速度快，烧结更加准确；（2）焊点大小可控制，可以满足不同应用要求；（3）对电子元件的热损伤更小，能够保证元件的可靠性；（4）烧结时不会出现外焊，降低了焊接失败率；（5）操作简单，减少了操作人员的技术要求。

但是，该技术也存在一些不足，如：（1）其精度要求较高，不适合大型电子元件的焊接；（2）成本较高，不适合大规模生产；（3）对灰尘和气体的污染较大，不利于环保。

综上所述，激光选区烧结是一种新型的焊接技术，它可以实现快速、准确的烧结，具有精度高，操作简单，控制柔性强的优点，但也有一些不足。

未来将进一步提高技术精度，缩短烧结时间，减少污染，并把成本降至最低等方面进行研究，以更好地运用激光选区烧结技术，实现高效、质量更优的烧结制品。

激光选区烧结成型材料的研究和应用现状激光选区烧结（LaserAssistedSelectiveSintering简称LASS是一种利用激光烧结粉末成形技术，它具有快速成形的优势，可以制造出精度高、表面光洁度好的形状复杂的三维零件。

激光选区烧结材料一般指通过激光烧结形成的金属、塑料和陶瓷等材料。

近年来，激光选区烧结技术在信息、电子、航空航天、机械、制药、化工、汽车、火力发电等领域发挥着重要作用。

它在航空航天、机械、电子制造领域应用最多。

首先，激光选区烧结在航空航天领域发挥着重要作用。

它可以用来制造航空航天发动机零件，如叶片、机壳、排气管等。

它的用途不仅限于制造发动机部件，还可以制造卫星的机壳、维修发动机和火箭发动机，以及电话卫星的控制装置。

另外，它还可以制造涡轮发动机的零件，如外壳、旋转部件和气动部件。

其次，激光选区烧结在机械制造领域也有重要应用。

它可以用来制造机械零件，如齿轮、轴承、螺丝和密封件等，以及汽车零部件，如发动机或变速器等。

此外，它还可以用来制造高精度的微型零件，如手表件、钟表件、汽车零部件等。

第三，激光选区烧结在电子制造领域也有重要应用。

它可以用来制造系统集成电路、半导体器件、多层电路板、复杂的晶体管和光电器件等。

此外，它还可以用来制造复杂的电子组件，如数据芯片和多层电路板等。

此外，激光选区烧结也在制药、化工、汽车、火力发电等领域发挥着重要作用。

它可以用来制造具有高精度的医疗仪器和药品零件，如注射器和药瓶等。

它还可以用来制造化工和汽车行业的零件，如塑料泵和汽车部件等。

从以上讨论可以看出，激光选区烧结技术已经发展成为一种被广泛应用的成形材料的制造技术，其应用面广泛，各行各业用上它，可以提高产品质量、降低成本。

然而，激光选区烧结技术也存在一些问题，比如烧结温度控制不是太精确、烧结过程中会产生烟尘等。

必须继续努力改进激光选区烧结技术，以满足不断发展的现代制造业的需要。

综上所述，激光选区烧结是一种有效且可靠的成形材料制造技术，它在航空航天、机械、电子制造和其他行业发挥着重要作用，在制造过程中能够提高效率，减少成本。

激光选区烧结成型材料的研究和应用现状随着科技的发展，激光被广泛应用于许多行业，其中之一是激光选区烧结成型材料。

激光选区烧结可以实现更精密和高效的成型，具有很强的可编程性和性能优越性。

激光选区烧结是利用激光束在材料表面引发热效应而产生的烧结现象。

激光辐照能量可以转化为热能，使表面材料超过区域熔点形成液态，并且形成均匀的表面液滴。

激光选区烧结的一个重要特点是它的可编程性，可以选择对一定区域的激光照射时间、光束强度和表面液滴的大小以及位置，从而实现多种形状的成型，包括改变厚度、形成凹槽和其他相关的形状，从而达到调制材料力学性能的目的。

激光选区烧结的另一个重要特点在于均熔点较低。

此外，较小尺寸的激光光斑可以为液滴再分割和增大控制，能快速实现3D形状。

相对于传统加工，激光选区烧结技术可以更快速、更有效地实现形状变化，不需要工件易损夹具和费时费力的模具更替，并且可以在几秒内实现形状变换。

此外，激光选区烧结还有一个重要的优势就是对环境的友好性。

这种技术能够避免传统烧结技术出现的烟尘、污染和伤害问题，它可以最大限度地减少无机物和有机物在烧结过程中释放出来的污染物，有效保护环境。

另外，激光选区烧结还可以改善材料的表面性能，因为它可以实现精确和局部的烧结，可以保持表面的光洁度和完整性，从而提升材料的性能。

激光选区烧结技术在近几年来得到了大量的应用，其中包括金属表面烧结、发射管的制作、硅的加工、塑料和橡胶的成型、金属塑料组合复合件的焊接以及精密件的加工等。

激光选区烧结技术可以满足更先进更精确的加工要求，不但可以改善材料的表面性能，而且可以改变材料的形状，从而满足特定的功能要求。

总的来说，激光选区烧结技术可以实现快速、简单、精确的加工，是一项具有很高科技含量的加工技术，可以满足传统加工技术无法实现的加工要求，而且可以改善加工过程对环境的污染。

因此，激光选区烧结技术是一种技术含量很高的成型技术，可以满足不同行业对精密和高效加工，具有广泛的应用前景。

间接SLS用的复合粉末通常有两种混合形式：
◎粘结剂粉末与金属或陶瓷粉末按一定比例机械混合； ◎把金属或陶瓷粉末放到粘结剂稀释液中，制取具有粘结剂包裹的金 属或陶瓷粉末。 实践表明，采用粘结剂包裹的粉末的制备虽然复杂，但烧结效果较机 械混合的粉末好。近年来，已经开发并被应用于SLS粉末激光烧结快速 原型制作的材料种类如表4-2所示。4ຫໍສະໝຸດ 2 选择性激光烧结快速成型材料及设备
1.选择性激光烧结快速成型材料
SLS工艺材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、石 蜡等材料的零件。特别是可以直接制造金属零件。
表4-1 工程上粉体的等级及相应的粒度范围
用于 SLS 工艺的材料是各 类粉末，包括金属、陶瓷、 石蜡以及聚合物的粉末， 工程上一般采用粒度的大 小来划分颗粒等级，如右 表所示。 SLS 工艺采用的 粉末粒度一般在50～ 125µ m之间。
4.3 选择性激光烧结工艺过程
(P85)实例： 采用金属铁粉末、环氧树脂粉末、固化剂粉末混合，其体积 比为 67% 、 16% 、 17% ；在激光功率 40W 下，取扫描速度 170mm/s，扫描间隔在0.2mm左右，扫描层厚为0.25mm时烧 结。后处理二次烧结时，控制温度在 800℃，保温1h；三次 烧结时温度1080℃，保温40min；熔渗铜时温度1120℃，熔 渗时间40min。所成型的金属齿轮零件如图所示。
图4-12 基于SLS工艺的金属零件直接制 造工艺流程
4. 陶瓷粉末烧结工艺
陶瓷粉末材料的选择性激光烧结工艺需要在粉末中加入粘结剂。目 前所用的纯陶瓷粉末原料主要有Al2O3和SiC，而粘接剂有无机粘接 剂、有机粘接剂和金属粘接剂等三种。 当材料是陶瓷粉末时，可以直接烧结铸造用的壳形来生产各类铸件， 甚至是复杂的金属零件。