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金属粉末的激光快速成型技术

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金属粉末的激光快速成型技术

金属粉末激光快速成形技术，又称激光直接金属快速成形技术，它是在快速原型RP（RapidPrototyping）技术和激光熔覆技术基础上发展起来的一项先进制造技术，能将计算机生成的三维模型直接制造出来，实现结构复杂、高性能金属零件的无模具快速成形。该技术不仅可用于直接快速制造具有一定机械强度、能承受较大力学载荷的金属零件，也可用于零件上具有复杂形状、一定深度制造缺陷、误加工或服役损伤的修复和再制造，以及大量投产前的设计修改，显著地缩短了产品研发周期、降低生产成本，同时能提高材料的利用率、降低能耗.
快速成型技术(RP,RapidPrototyping)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、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。
快速成型技术是一种基于离散/堆积成型原理的新型数字化成型技术。该技术利CAD软件设计出零件的三维实体模型，然后根据具体工艺要求，按照一定的厚度对模型进行分层切片处理，将其离散化为一系列二维层面，再对二维层面信息进行数据处理并加入加工参数，生成数控代码输入成型机，控制成型机的运动顺序完成各层面的成型制造，直到加工出与CAD模型相一致的原型或零件。直接激光烧结技术基于一般快速成型原理，采用中、大功率激光器熔化同步供给的金属粉末或细丝，在沉积基板上逐层堆积而形成金属零件，其实质是计算机控制下的三维激光熔覆。激光束或沉积基板的运动通过实体模型（CAD产生）经切片分层处理后形成的二维平面信息来控制，零件成型的关键在于精确连续地供应粉末，并控制金属粉末的熔化及随后的凝固过程，保证一定的熔池形状（熔池尺寸小且稳定）和连续的固/液界面，使得成型过程保持连续和一致。
由于采用离散/堆积成形的思想，与其它传统制造技术相比，金属粉末激光快速成形技术有以下突出优点：
①制造过程具有高度的柔性；
②生产周期短，加工效率高；
③具有很高的设计灵活性，真正意义上实现了数字化、智能化和并行化制造；
④成形材料广泛，可实现多种材料以任意方式复合的成形技术；
⑤所制造的零件具有较高的综合力学性能，强度高，耐腐蚀性好；
⑥应用范围广，不仅可以用于金属零件的快速制造，而且还可用于再制造工程中大型金属零件的立体修复。
综上所述,金属粉末的激光快速成型技术集计算机辅助设计、激光熔覆、快速成型于一体,在无需任何硬质工模具或模型的情况下,能快速制备出不同材料的复杂形状零件,缩短制造周期,增强产品竞争优势,特别有利于复杂形状、多品种、小批量零件的生产。所成型零件致密度高,具有快速凝固组织特征,能满足直接使用要求,在航天器件、飞机发动机零件及武器零件的制备上具有广阔的应用前景。此外,还可以通过改变成型材料,得到不同部位由不同材料组成的零件,与材料设计相结合,可发展材料的智能制备系统。金属粉末激光快速成形技术以其独特的技术优势和巨大的发展潜力将备受关注。