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激光直接快速成形金属零件的实验研究

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型 分 层 切 片 的 厚 度 与 每 一 烧 结 层 厚 度 一 致 。 采 用
单 烧 结道 的宽 度 十分 有 限 ，为 了满 足 单层 面积 较 大 的金 属零 件 的制 造 ， 必 须进 行 多道 搭 接 。 搭 接率 是 指相 邻 将 直 接影 响 到成 形表 面 的宏 观平 整 程度 。 若 搭接 率 太小 ，
结 道 的 宽度 为 ， 形 成 冶金 结 合 的长 度 为 ｔ ， 对于ｔ ＜ Ｉ Ｖ的
情况 ， 必须使搭接后形成连续 、 完整 的冶金烧结层 ， 才 能 完 成零 件 实体 的制造 。通 过 金相 法测 得 采用 １ ． ４ ｋ Ｗ， ３ ． ５ ｍ ｍ ／ ｓ ， ７ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 工艺参数单道烧结出的 ｔ 为２ ． ２ ２ ｍ ｍ， 由 此计算只要搭接率大于 １ ． ３ ％， 即可使搭接后的烧结层形 成完全 的冶金 结合层 。现分别 取搭接率 为 １ ５ ％、 ２ ０ ％、 ３ ０ ％、 ４ ０ ％ 进行搭接烧结 ， 烧结结果如 图 ６ ， 其中图 ６ （ ａ ） 出
１ ． ４ ｋ Ｗ， ３ ． ５ ｍ ｍ ／ ｓ ， ７ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 工 艺参 数烧 结 １ ０层 ，长度 为
５ ０ ｍ ｍ，发 现 ：理 论 宽 度 为 ４ ． ４ ｍ ｍ，实 际 宽 度 为 ４ ． ３ ～ 的 原 因为 液 态 金 属 在 重 力 作 用 下 会 沿 弧 形 表 面 两 侧 向
下流。 取一个实验 中效果较好 的试样横向切开并经过一
些 必要 的处 理 进 行硬 度 测 量 ， 加 载 负荷 为 １ ０ ０ ０ ｇ ， 加 载 时
间为 １ ５ ｓ ， 硬度测量值如 图 ８ 。通过测试发现 ， 在烧 结层
度 分 布也 比较 均 匀 。
硬度值相差很小 ， 在烧结层高度方向 七， 硬 法保证 ， 如图５ （ ｃ ） 。 而合适的搭接率可使涂层表面平整且 宽度方向上 ，
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圜 研 究 舞 讨
层开裂 、 变形的倾 向， 稀释率过小 ， 烧结层与基体不能在 界面形成 良好的冶金结合 ， 烧结层容易剥落 。 图２ 为几何 稀释率与激光功率 、 扫描速度和送粉量的关系。 在实际的 工作中 ， 一般应该把稀释率控制在 １ ０ ％以内 ， 从 上面的
曲线 中看 出 ， 如 果 采 用 送 粉量 Ｇ ＝ ７ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ时 ， 采用 １ ． ４ ｋ Ｗ 左 右 的功 率 和 ３ ￣ ４ ｍ ｍ ／ ｓ 的扫 描速 度 是 比较合 适 的 。
因为激光束能量分布不均匀 ］ ， 远离光束中心熔池边 缘能量较低 ，烧结道与基体存在着不 能完全形成冶金反 应所需能量 的情况 ， 即不能形成 良好 的冶金结合 。 设单烧
． ８ ｍ ｍ， 理 论高度 为 １ ２ ． ８ ｍ ｍ， 实 际高度 为 １ ０ ． ４ ｍ ｍ， 产 生 两烧结道重叠的距离与单道烧结宽度 的比值 ，它的大小 ４
两烧结道高度相 同但两相邻烧结道之间有一条 明显的凹
陷区， 如图 ５ （ ａ ） 。 若 搭接 率 太大 ， 后一 道 高 于前一 道 ， 整个 涂 层 表 面呈 现 一 斜坡 ，导致 成 形表 面 的尺 寸精 度 完全 无 烧 结 层高 度 相 同 ， 如图 ５ （ ｂ ） ， 成 形件 表 面理 想 。
现 明显 的峡 谷 ， 形 成波 浪 形成 形 面 ， 图６ （ ｃ ） 、 （ ｄ ） 后 一道 高
于先前烧结道 ， 而搭接率为 ２ ０ ％时烧结结果比较理想 ， 其 微观形貌如图 ７ ，相邻烧结层之间未观察到明显的界面 ，
截 面之 间 实现 了冶 金结 合 。
通过各种工艺参数对单道进行激光烧结 ，并综合衡
烧 结层 与 基体 冶 金 结合 ， 涂 层组 织 均 匀细 小 ， 没 有裂 纹 和 孔 洞等 宏 观缺 陷 。
３ ． ３ 激 光 多层 烧 结
在 以 上单 道 烧 结 的基 础 上 进 行 多 层 烧 结 试 验 ， 通 过
多层烧结来大致确定每一烧 结层 的高度 ， 以保证零件模
３ ． ２ 激 光 多道搭 接
量表面质量 、 表 面粗 糙 度 、 烧 结 层 的宽 度 、 烧 结 层 的 厚度
及稀释率 几个指标 ，最后发现 当 Ｐ ＿ １ ． ４ ｋ Ｗ、 Ｖ ＝ ３ ． ５ ｍ ｍ ／ ｓ 、 Ｇ ＝ ７ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ （ Ⅳ ＝ １ ２ ） 时烧结线表面光滑 ， 边缘与基体之间过 渡平稳 ， 烧结线 宽度十分均匀 ， 稀释率合 理 ， 如图 ３ 。图 ４ 为沿垂 直 于激 光 扫 描 方 向烧 结层 的 Ｏ Ｍ 照 片 ，由 图可 见
２ ４《 机械工程师 ２ ０ ０ ７ 年第６ 期
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金属零件选区激光熔化快速成型技术的现状及发展

金属零件选区激光熔化快速成型技术的现状及发展

第35卷，增刊V bl-35SuppI em e nt红外与激光工程I n丹ar ed a nd I，as er E n gi n eer i ng2006年l O月O ct．2006金属零件选区激光熔化快速成型技术的现状及发展吴峥强，来克娴(广东轻工职业技术学院机械与电子工程系，广东广州510300)摘要：选区激光熔化(s L M)是为了直接获得致密的金属零件而发展起来的一种新型快速成型工艺。

该方法利用直径30～50L I m的聚焦激光束，把金属或合金粉末逐层选区熔化，堆积成一个冶金结合、组织致密的实体。

其外形不需进一步加工，经抛光或简单表面处理就可直接作模具或工具使用。

阐述了目前SL M设备、工艺、软件等方面的现状、发展及应用。

关键词：金属零件直接制造；快速成型：选区激光熔化中图分类号：T N249文献标识码：A文章编号：1007—2276(2006)增C．0399．06St at us a nd deV el opm e nt of r api d pr ot o姆pi ng t echnol ogy ofm et a l par t s by se l ect i V e l as er m el t i ng、肌J Zhe ng-qi a ng，L A I K e-x i an(M cch扑ical卸d E l ect ri ca l En gi nee—n g D epanm ent，G u锄gdong L唔ht In d u st f y Tcc h nj c al coll ege，G啪gzI lou510300，C hi na)A bst r ac t：Se l ec t i V e l as er m e l t i ng(SLM)i s a new deV el oped r a pi d prot ot ypi n g t echnol og y，w hi ch is dri V e n by t he need t o obt ai n hi曲-dens i t y m et al par t s di re ct l y．A m et al bod y w i t h m e t a l l ur gi ca l j oi nt and hi gh dens i t y is pr odu ced by SL M，w i t h a pr o cedu r e of se}ec t i V e m el t j ng l a yer-by-l a ye r f or m et al o r a110y pow der，by usi ng a f ocus ed l aser beam w i t h di a m e t er of30～50“m．T he produc t s c an be us ed as m oul ds o r t oo l s aR er pol i s hi ng o r s i m pIe s urf．ace t re a t m e nt w i t hout ot he r m ach i ni ng．The pre s ent s t a t us，deV e l opm e nt and a ppl i cat i ons of SL M t echnol o gy haV e been expou nded i n t he a spec t s of SL M eq ui pm ent，t ech ni q ue and soR w ar e．K ey w or ds：D i r ec t m anu f act uri ng of m et al par t s；R api d pr ot ot ypi ng；S e l e ct i V e l as er m eI t i ng0引言快速成型(R api d Pr ot ot ype，RP)技术是通过材料添加法直接制造实体模型的技术总称，已经被广泛地用于缩短产品生产周期。

选区激光熔化直接成型金属零件致密度的改善

选区激光熔化直接成型金属零件致密度的改善

华 南 理 工 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
第３ ８卷 第 ６期
２１ ０ ０年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｏ ｈ Ｃｈ ｎａ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌ ｙ ｏ ｒ ａ ｆ Ｓ ｕｔ ｉ ｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏｇ
ＶＯ１ ３ ＮＯ． ．８ ６ Ｊ ｎｅ ２０１ ｕ ０
模 具 内嵌件 直 接成 型 等 ． 熔 化 粉 末 过 程 中存 在 但 的球 化现象 会 使致 密 度 下 降 ， 内层 问很 大 的应 力 层 容 易 导致裂 纹 与翘 曲变 形 ， 扫 描 线 之 间 存 在 孔 洞 且
等 ， 都使 得零 件很 难达 到 完全 致密 ． 这 对快 速 制造 金 属 零 件致 密度 的研 究 一 直 是 国 内外 的研 究 重 点 ， 目 前 大多 通过 改进 材料 的润湿 性 、 艺 优化 、 工 后续 处理 等 办法来 提 高 快 速 成 型 零 件 的 致 密 度 ． ｒｔ Ｋｕｈ等 Ｊ
作者 简介 ： 王迪 （ ９４ ） 男 ， １８ 一 ， 博士生 ， 主要从事激光加工与激光快 速成 型研究． － ａｌ ｓｕ ６ ３ ９ ６ ．ｏ Ｅ ｍ ｉ： ｃ ￣ １ ８ ＠１３ ｃｍ
华 南 理 工 大 学 学 报 （自 然 科 学 版）
第３ ８卷
束后经过扫描振镜 ， 聚焦到成型平面， 由计算机系统 根据切 片后 轮廓 信息 ， 区熔 化金属 粉末 ， 选 每层加 工 完成后 ， 型缸下 降一层 ， 粉缸 上 升 一定 高 度 ， 成 盛 铺 粉辊将 新粉末 铺 展 到前 一 成 型 面上 ， 复 上述 激 光 重 扫描 ， 直到整 个零 件加工 完成 ． 使用华南理工大学与广州瑞通激光科技有限公 司联合开发的 Ｄｍ ｔ 一 ０ Ｌ ｉｅ ｌ ８ Ｍ设备 （ ａ２ Ｓ 最大成型尺寸 ２０ ｍ× ８ ｍ × ０ ｍ 扫描 速度 ５～ ００ｍ ／ ， ８ｍ ２ ０ ｍ ３ ０ ｍ， ５０ ｍ ｓ 加 工层 厚 ２ ０～１ ０ ０ ｍ， 聚焦光斑 直径 ７ Ｉ 振 镜 位 ０ｘ ｍ， 置精度 ± ｍ） ＳＩ ０ Ｗ 连 续式 （ ｂ 光纤 激 光 ５Ｉ 和 Ｐ ０ ｘ ２ Ｙ） 器（ 波长 １ ７ ｍ， 束 质 量 因子 Ｍ２ ． ） ５ｎ 光 ０ ≤１１ 进行 实
激光选区快速成型件后处理工艺的试验研究

激光选区快速成型件后处理工艺的试验研究


制 造技 术的 重要 组成部 分 。本文 主要介 绍 了激 光选 区粉 末烧 结（ Ｌ ） 术 的原理 ， Ｓ Ｓ技 并结合 工 业 生产 ， 究 研
了 Ｓ Ｓ快速成 型件 的后 处理 工 艺 ， Ｌ 为激 光选 区粉 末烧 结快速 成 型技 术的进 一 步应 用打 下 了良好 的基 础 。 关 键词 ： 光选 区粉末 烧结 ； 激 成型 原理 ； 渗蜡 处理
到使 用 要 求［ 如 图 ２所 图 ２ 未经 处理 的成 型 件 ， 对于 Ｐ Ｓ粉末 烧 结 成 型 件 ， 以通 过 不 同 的 Ｊ 可
粉， 这样 逐层烧 结形 成 三 维 实体 。成 型 材料 为 各 种
可 烧结 粉末 ， 石 蜡 （ Ｓ 、 料 、 熔 点 金 属 粉 末 ， 如 Ｐ ）塑 低 或 者它们 的混 合粉 末＿ 。 ＿ ２ ］
度计 指示 所有 的蜡 液 均 达 到预 定 的 温度 时 ， 可 以 就
开始 渗蜡 。 ３ ）蜡液 温度 控制 。在试 验 中 ， 以通过 蜡 液温 可 度控 制来 控制 成型件 表 面所渗 涂蜡层 的厚 度 。一般 来说 ， 蜡液 温度 提 高 ， 液 的流 动 性 也提 高 ， 型 件 蜡 成
取 出 ， 在空气 中或 干 燥箱 中冷 却 。通 过 一 次 渗蜡 放
后， 成型 件表 面 已渗 入 了一 定 深度 的蜡 ， 同时 表面 的 孔 隙 被 封 住 ， 次 渗 二
表 面渗蜡 厚度 变小 ； 反之 ， 液 温 度 降低 ， 液 的流 蜡 蜡 动性 也 降 低 ， 型 件 表 面 渗 蜡 厚 度 变 大 。对 于 Ｐ 成 Ｓ 粉烧 结件 ， 液温度 选 择 在 ７ 蜡 ０℃ 以上 时 ， 型件 对 成 蜡 液浸 润性 较好 ， 表面所 挂蜡 厚度很 薄 ， 仅能起 到 固
选择性激光烧结快速成形技术

选择性激光烧结快速成形技术

选择性激光烧结快速成形技术摘要：选择性激光烧结快速成形(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping)技术使用固体粉末材料，该材料在激光的照射下，能吸收能量。

发生熔融固化，从而完成层信息的成型。

这种方法适用的材料范围广(适用于聚合物、铸造用蜡、金属或陶瓷粉末)，特别是在金属和陶瓷材料的成型方面具有独特的优点，有着制造工艺简单，柔性度高、材料选择范围广、材料价格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特点。

本文就SLS的原理，优点，以及使用材料的发展做了简要概括，并对金属粉末的进行了重点讨论。

关键字：SLS，原理，材料，金属粉末目录前言 (1)1 选择性激光烧结快速成形技术的应用 (1)2 选择性激光烧结快速成形技术原理 (2)2.1 基本工作原理 (2)2.2 SLS快速成形技术工艺流程 (4)2.3 SLS烧结机理 (4)3SLS技术的特点 (5)4 中北大学SLS方面的成果 (6)5 选择性激光烧结用原材料 (6)5.1 金属材料 (7)5.2 聚合物材料 (8)5.3 陶瓷材料 (8)5.4 新型SLS原料的研制-木塑复合材料 (8)6 金属粉末选择性激光烧结(SLS)技术 (8)6.1 间接法 (9)6.2 直接法 (10)6.3 金属粉末SLS存在的问题 (11)6.4 金属粉末SLS发展趋势 (12)总结 (12)参考文献 (14)前言选择性激光烧结快速成形(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping)技术(简称SLS技术)1989年由美国C.R Decard申请专利，DTM公司推向市场，之后因为具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速的发展，受到越来越多的重视。

选择性激光烧结(SLS)也可被称为选区激光烧结，它跟其它的快速成型工艺一样，加工原理也是离散-堆积成型原理。

其以Nd:YAG或CO2激光发射器为加工能源，利用计算机来控制激光束对加工材料（包括高分子材料、金属粉末、预合金粉末材料及纳米材料等）按设定的速度并调整合适的激光能量密度并根据切片截面轮廓的二维数据信息进行烧结，层层堆积，全部烧结完后去掉周围多余的粉末, 再对烧结件进行打磨、烘干等一系列后处理操作便可以获得零件。