激光快速成型技術綜述

   時間:2014-03-07 13:05:16
激光快速成型技術綜述簡介
    激光快速成型技術是近年來才發展起來的一種快速成型技術。本文介紹了激光快速成型技術的基本原理、特點、應用以及發展現狀等,簡介的介紹了激光快速成型技術。&……
激光快速成型技術綜述正文

    激光快速成型技術是近年來才發展起來的一種快速成型技術。本文介紹了激光快速成型技術的基本原理、特點、應用以及發展現狀等,簡介的介紹了激光快速成型技術。 
      1、激光快速成型的基本原理 
      激光快速成型技術的原理是用CAD生成的三維實體模型,通過分層軟體分層、每個薄層斷面的二維數據用於驅動控制激光光束,掃射液體、粉末或薄片材料,加工出要求形狀的薄層,逐層積累形成實體模型。
      傳統的工業成形技術中大部分遵循材料去除法這一方法的,如車削、銑削、鑽削、磨削、 刨削;另外一些是採用模具進行成形,如鑄造、衝壓。而激光快速成形卻是採用一種全新的 成形原理——分層加工、迭加成形。而激光快速成型技術快速製造出的模型或樣件可以直接用於新產品設計驗證、功能驗證、工程分析、市場訂貨一級企業的決策等,縮短新產品開發周期,降低研發成本,提高企業競爭力。 
      激光快速成型又分為以下幾類: 
      (1) 光固化立體造型(SL—Stereolithography,orSLA) 
      將計算機控制下的紫外激光按預定零件各分層截面的輪廓為軌跡對液態光敏樹脂逐點掃描,被掃描的樹脂薄層產生光聚合反應固化形成零件的一個截面, 再敷上一層新的液態樹脂進行掃描加工,如此重複直到整個原型製造完畢。這種方法的特點是精度高、表面質量好,能製造形狀複雜、特別精細的零件,不足是設備和材料昂貴,製造過程中需要設計支撐。 
      (2) 分層實體製造(LOM—Laminated Object Manufacturing) 
      LOM工藝是根據零件分層得到的輪廓信息用激光切割薄材,將所獲得的層片通過熱壓裝置和下面已切割層粘合,然後新的一層紙再疊加在上面,依次粘結成三維實體。LOM主要特點是設備和材料價格較低,製件強度較好、精度較高。Helisys公司研製出多種LOM工藝用的成型材料,可製造用金屬薄板製作的成型件,該公司還開發基於陶瓷複合材料的LOM工藝。 
      (3) 選擇性激光燒結(SLS —Se1ected Laser Sintering) 
      SLS是採用激光有選擇地分層燒結固體粉末,並使燒結成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件。其整個工藝過程包括CAD模型的建立及數據處理、鋪粉、燒結以及后處理等。SLS 最突出的優點在於它所使用的成型材料十分廣泛。從理論上說,任何加熱后能形成原子間粘結的粉末材料均可作為其成型材料。目前,可成功進行SLS 成型加工的材料有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末和它們的複合粉末材料。由於SLS 成型材料品種多、用料節省、成型件性能分佈廣泛、適合多種用途以及SLS 無需設計和製造複雜的支撐系統,所以其應用越來越廣泛。但是SLS 採用的是一種金屬材料與另一種低熔點材料(可以是低熔點金屬或有機粘接材料)的混合物,在加工過程中,低熔點材料熔化或部分熔化,但熔點較高的金屬材料並不熔化,而是被熔化或部分熔化的低熔點材料包覆粘結在一起,形成的三維實體為類似粉末冶金燒結的坯件,實體存在一定比例孔隙,不能達到100%密度,力學性能也較差, 常常還需要經過高溫重熔或滲金屬填補孔隙等后處理才能使用。 
      (4) 激光熔覆成形(LCF - Laser Cladding Forming)  
      LCF是指以不同的方式在基底合金表面上預置或同步送給所選擇的熔覆材料,然後經激光照射使之與基底表層同時熔化,並快速凝固成稀釋度低、與基底材料呈冶金結合的表面層,從而顯著改變基底材料表層的耐磨、耐蝕、耐熱及電氣等特性的工藝方法。LCF是以激光為熱源在基材的表面熔覆一層材料,形成與基體具有完全不同成分和性能的合金層的表面改性方法。LCF具有許多優良特性:對工作環境的要求低;可通過計算機控制實現智能化和自動化處理;熔覆層的外觀平整,工件變形小,加工后工件可不進行處理而直接使用;適合關鍵局部區域的處理;由於激光具有近似絕熱的快速加熱過程,激光熔覆對基體的熱影響較小,引起的變形也小;控制激光的輸入能量,可以將基體材料對熔覆材料的稀釋控制在很低的程度,從而在保證熔覆層與基體形成冶金結合的前提下,保持原選定熔覆材料的優異性能;適用範圍廣,理論上幾乎所有的金屬或陶瓷材料都能激光熔覆到任何合金上,因而激光熔覆在航空、汽車、化工、機械等各領域擁有廣泛的應用前景,正被越來越多的研究機構和企業所重視,對其研究也越來越廣泛深入。但裂紋是目前大面積激光熔覆技術中最棘手的問題,國內外的科學家正在努力尋求這一問題的解決方案。 
      2、激光快速成型的特點 
      由於快速成型技術(包含激光快速成型技術)僅僅在需要增加材料的地方增加材料,所以從設計到自動化,從知識獲取到計算機處理,從計劃到介面、通訊等方面來看,非常適合於CIM、CAD及CAM,因此,同傳統的製造方法相比較,激光快速成型顯示出諸多的優)點: 
      (1)製造速度快、成本低、節省時間和節約成本,為傳統製造方法注入新的活力,而且可實現自由製造,產品製造過程以及產品造價幾乎與產品的批量和複雜性無關。 
      (2)採用非接觸加工的方式,沒有傳統加工的殘餘應力的問題,沒有工具更換和磨損之類的問題,無切割、噪音和振動等,有利於環保。 
      (3)可實現快速鑄造、快速模具製造,特別適合於新產品開發和單間零件生產。 
      3、激光快速成型的應用 
      不斷提高激光快速成型技術的應用水平是推動激光快速成型技術技術發展的重要方面。目前,激光快速成型技術已在工業造型、機械製造、航空航天、軍事、建築、影視、家電、輕工、醫學、考古、文化藝術、雕刻、首飾等領域都得到了廣泛應用。並且隨著這一技術本身的發展,其應用領域將不斷拓展。激光快速成型技術的實際應用主要集中在以下幾個方面: 

(1)在新產品造型設計過程中的應用激光快速成形技術為工業產品的設計開發人員建立了一種嶄新的產品開發模式。運用激光快速成型技術能夠快速、直接、精確地將設計思想轉化為具有一定功能的實物模型(樣件),這不僅縮短了開發周期,而且降低了開發費用,也使企業在激烈的市場競爭中佔有先機。 

(2)在機械製造領域的應用由於激光快速成型技術自身的特點,使得其在機械製造領域內,獲得廣泛的應用,多用於製造單件、小批量金屬零件的製造。有些特殊複雜製件,由於只需單件生產,或少於50件的小批量,一般均可用RP技術直接進行成型,成本低,周期短。 

(3)快速模具製造傳統的模具生產時間長,成本高。將激光快速成型技術與傳統的模具製造技術相結合,可以大大縮短模具製造的開發周期,提高生產率,是解決模具設計與製造薄弱環節的有效途徑。激光快速成形技術在模具製造方面的應用可分為直接制模和間接制模兩種,直接制模是指採用激光快速成型技術直接堆積製造出模具,間接制模是先制出快速成型零件,再由零件複製得到所需要的模具。 

(4)在醫學領域的應用近幾年來,人們對激光快速成型技術在醫學領域的應用研究較多。以醫學影像數據為基礎,利用激光快速成型技術製作人體器官模型,對外科手術有極大的應用價值。 

(5)在文化藝術領域的應用在文化藝術領域,激光快速成形製造技術多用於藝術創作、文物複製、數字雕塑等。  
      (6)在航空航天技術領域的應用在航空航天領域中,空氣動力學地面模擬實驗(即風洞實驗)是設計性能先進的天地往返系統(即太空梭)所必不可少的重要環節。該實驗中所用的模型形狀複雜、精度要求高、又具有流線型特性,採用激光快速成型技術,根據CAD模型,由激光快速成型設備自動完成實體模型,能夠很好的保證模型質量。  
      (7)在家電行業的應用目前,激光快速成形系統在國內的家電行業上得到了很大程度的普及與應用,使許多家電企業走在了國內前列。如:廣東的美的、華寶、科龍;江蘇的春蘭、小天鵝;青島的海爾等,都先後採用快速成形系統來開發新產品,收到了很好的效果。快速成形技術的應用很廣泛,可以相信,隨著快速成形製造技術的不斷成熟和完善,它將會在越來越多的領域得到推廣和應用。 
      4、激光快速成型的發展現狀 
      美國3DSyetems公司1988年生產出世界上第一台SLA250型光固化快速造型機,開創了激光快速成型技術迅速發展和推廣的新紀元。美國在設備研製、生產銷售方面佔全球主導地位,其發展水平及趨勢基本代表了世界的發展水平及趨勢。歐洲和日本也不甘落後,紛紛進行相關技術研究和設備研發。香港和台灣比內地起步早,台灣大汛擁有LOM設備,台灣各單位及軍方安裝多台進口SL系列設備。香港生產力促進局和香港科技大學、香港理工大學、香港城市大學等都擁有RP設備,其重點是有關鍵技術的應用與推廣。 
      國內自20世紀90年代初開始進行研究,現有西安交通大學、華中科技大學、清華大學、北京隆源公司多所研究單位自主開發了成型設備並實現產業化。其中,西安交通大學生產的紫外光CPS系列光固化成型系統快速成型機等新技術,引起了國內外的高度重視等等。 
      激光快速成型技術正在發生巨大的變化 ,主要體現在新技術、 新工藝及信息網路化等方面 ,其未來發展方向包括: 
      (1) 研究新的成型工藝方法 ,在現有的基礎上 ,拓寬激光快速成型技術的應用 ,開展新的成型工藝的探索。 
      (2) 開發新設備和開發新材料。 LRP 設備研製向兩個方向發展:自動化的桌面小型系統 ,主要用於原型製造;工業化大型系統 ,用於製造高精度、高性能零件。 成型材料的研發及應用是目前LRP技術的研究重點之一。 發展全新材料 ,特別是複合材料 ,如納米材料、 非均質材料、 功能材料是當前的研究熱點。激光快速成型技術是多學科交叉融合一體化的技術系統 ,正在不斷研究開發和推廣應用中 ,與生物科學交叉的生物製造、 與信息科學交叉的遠程製造、與納米科學交叉的微機電系統等為它集成製造提供了廣闊的發展空間。 隨著科學技術和現代工業的發展 ,它對製造業的作用日益重要並趨向更高的綜合。

 

[激光快速成型技術綜述],你可能也喜歡

  • 滾動軸承應用技術
  • 無框鏡架裝配技術
  • 眼鏡裝配技術士
  • 音響裝配技術
  • 日本蠟燭圖技術
  • 中古快速印刷機械
  • 快速捲門機械結構
  • 建築快速設計
  • 快速夾具設計
  • 曹登貴快速設計
  • solidworks成型工具
  • solidworks鈑金成型工具
  • rp快速成型
  • 快速成型技術
  • 雷射燒結快速成型
  • 激光快速成型
  • 雷射激光器
  • 激光器是什麼
  • 激光器能量換算
  • 激光器構造
Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “激光快速成型技術綜述