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选择性激光烧结技术的研究现状与展望

选择性激光烧结技术的研究现状与展望

【摘要】选择『生激光加工是20世纪80年代末出现的一种新的快速成型工艺,它利用激光束烧结粉末材料制造原型,具有原料广泛、制作工艺简单、周期短等特点,在诸多领域得到了广泛的应用。介绍了选择性激光烧结技术的原理、特点及实际应用,综述了选择}生激光烧结技术发展状况、存在的问题及研究热点。

键词:快速成形;选择性激光烧结;综述

1引言

20世纪90年代开始,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年代末出现的快速成型(Rapid Prototyping,简称RP)就是在这样的背景下提出并逐步得以发展的。RP技术是一种逐层零件制造工艺,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,另外,RP制造过程中不需要任何传统意义上的工装夹具、刀具或模具即可制造出任何复杂形状的零部件。因此。RP技术在现代制造业巾越来越 具有竞争力,有望成为21世纪的的主流制造技术。目前典型的快速成型的方法有:光固化立体造型SLA(StereoLithography Apparatus)、分层物件制作LOM(Laminated ObjectManufacturing)、选择性激光烧结SIS(Selective LArSintering)和熔融沉积造型FDM(Fused Deposition Modeling)等。各种RP方法具有其自身的特点和适用范围。由于SIS工艺具有粉末选材广泛、适用性广、制造工艺比较简单、成形精度高、无需支撑结构、可直接烧结零件等诸多优点,在现代制造业得到越来越广泛的重视。主要综述SIS技术的工艺原理、实际应用、发展历程和现状。

2 SLS技术的原理

选择性激光加工(SLS)又称选区激光烧结是以C02激光器为能源,利用计算机控制红外激光束对非金属粉末、金属粉末或复合物的粉末薄层,以一定的速度和能龟密度按分层面的二维数据进行扣描烧结,层层堆积,最后形成成形件。SIS技术集CAD技术、数控技术、激光加工技术和材料科学技术于一体,整个工艺装置由粉末缸(PowderCylinder)、成型缸(ModelCylinder)、激光器、计算机控制系统四部分组成。工作时,粉末缸活寒(送粉活塞)上升,先在皋体上用滚筒均匀铺上一薄层金属粉末,并将其加热至略低于材料熔点,以减少热变形,并利于与前一层面的结合。然后,激光束在计算机控制光路系统的精确引导F,按照零件的分层轮廓有选择地进行烧结,使材料粉末烧结或熔化后凝固形成零件的一个层面,没有烧过的地方仍保持粉末状态,并可作为有悬臂的微结构下一层烧结的支撑。烧结完一层后,基体下移一个截面层厚,铺粉系统铺设新粉,计算机控制激光束再次扫描进行下一层的烧结。如此循环,层层叠加,就得到三维零件。最后,将未烧结的粉末同收剑粉未缸中,取出成型件,再进行打磨、烘干等后处理工艺,最终形成满足要求的原形或制件。

3 SLS技术实际应用

SIS工艺已经成功应用于汽车、造船、航天、航空、通汛、微机电系统、建筑、医疗、考古等诸多行业,为许多传统制造业注入了新的创造力,也带来了信息化的气息。概括来说,SIS工艺可以应用于一下场合:(1)快速原型制造。SI.S工艺可快速制造所没计零件的原形,并对产品及时进行评价、修正以提高设计质量;可使客户获得直观的零件模型;能制造教学、试验用复杂模型。(2)新型材料的制备及研发。利用SIS工艺可以开发一些新型的颗粒以增强复合材料和硬质合金。(3)小批量、特殊零件的制造加工。在制造业领域,经常遇到小批最及特殊零件的生产。这类零件加工周期长,成本高,对于某些形状复杂零件,甚至无法制造。采用SIS技术可经济地实现小批量和形状复杂零件的制造。(4)快速模具和工具制造。SIS制造的零件可直接作为模具使用,如熔模铸造、砂型铸造、注甥模型、高精度形状复杂的金属

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