UV LASER INITIATED STEREOSELECTIVE HOMOGENEOUS CATALYSIS POLYMERIZATION OF PHENYLACETYLENE
国外选区激光熔化成形技术在航空航天领域应用现状_董鹏
1 铺粉 国外选区激光熔化成形技术在航空航天领域应用现状 董鹏 陈济轮 （首都航天机械公司，北京100076） 摘要：选区激光熔化成形技术具有制造精度高、表面质量好以及能够实现悬空、复杂内腔和型面等复杂构件的整体制造等特点，是满足航空航天领域中复杂薄壁精密构件高精度、高性能、高柔性与快速反应的理想制造方法。本文对国外选区激光熔化成形技术在航空航天领域的应用以及技术发展方向进行了分析。 关键词：选区激光熔化成形；航空航天；应用现状 Current Status of Selective Laser Melting for Aerospace Applications Abroad Dong Peng Chen Jilun (Capital Aerospace Machinery Company,Beijing 100076) Abstract ：Selective laser melting can manufacture complex geometries structures with thin walls and hidden voids or channels without tools or mould,for difficult-to-machine materials.It provides a high efficiency,high-quality,flexible manufacturing technique for manufacturing components in aerosapce fields.The current status and the trends of of selective laser melting for aerospace applications in abroad were analysed. Key words ：selective laser melting ；aerospace ；current status of applications 1 引言 金属材料增材制造技术是在航空航天领域关键件研制需求的牵引下诞生的，由于其特有的技术优势，使得各国政府和研究结构投入大量的人力、物力、 财力进行该项技术的研究。近些年在航空航天领域迫切需求的牵引以及计算机技术、激光技术以及材料科学等相关基础技术快速发展的推动下，增材制造技术发展十分迅速。 图1选区激光熔化成形基本流程[4] 作者简介：董鹏（1983-），工程师，光学工程专业；研究方向：激光焊接与增才制造。 收稿日期：2014-03-06 CAD 模型 分层切片 铺粉 激光按分层形状熔化金属粉末 基板下降 完成零件制备
金属零件激光选区熔化3D打印装备与技术
金属零件激光选区熔化3D打印装备与技术随着科学技术日新月异的进步，机械加工行业不断发展。而快速成型技术，尤其是激光3D打印技术在机械加工行业中起到了越来越大的作用，并渐渐在制造业得到了广泛应用，成为了如今机械制造业中不可或缺的一部分。3D打印技术正在快速改变我们传统的生产方式和生活方式，不少专家认为，以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印制造技术将推动第三次工业革命。 金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。按照金属粉末的添置方式将金属3D打印技术分为三类：（1）使用激光照射预先铺展好的金属粉末，即金属零件成型完毕后将完全被粉末覆盖。这种方法目前被设备厂家及各科研院所广泛采用，包括直接金 属激光烧结成型（Direct Metal Laser Sintering,DMLS）、激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）和LC（Laser Cusing）等；（2）使用激光照射喷嘴输送的粉末流，激光与输送粉末同时工作（Laser Engineered Net Shaping，LENS）。该方法目前在国内使用比较多；（3）采用电子束熔化预先铺展好的金属粉末（Electron Beam Melting,EBM），此方法与第1类原理相似，只是采用热源不同。 激光选区熔化技术是金属3D打印领域的重要部分，其采用精细聚焦光斑快速熔化300－500目的预置粉末材料，几乎可以直接获得任意形状以及具有完全冶金结合的功能零件。致密度可达到近乎100%，尺寸精度达20－50微米，表面粗糙度达20－30微米，是一种极具发展前景的快速成型技术，而且其应用范围已拓展到航空航天、医疗、汽车、模具等领域。 目前SLM设备的研究和开发也成为了国内外快速成型领域的热点。本文对SLM设备的组成和成型原理进行了一个概述性的介绍，对比了国内外SLM设备的参数，并对SLM设备和技术的发展进行了展望。 SLM成型设备 SLM设备一般由光路单元、机械单元、控制单元、工艺软件和保护气密封单元几个部分组成。 光路单元主要包括光纤激光器、扩束镜、反射镜、扫描振镜和F-?聚焦透镜等。激光器是SLM设备中最核心的组成部分，直接决定了整个设备的成型质量。近年来几乎所有的SLM 设备都采用光纤激光器，因光纤激光器具有转换效率高、性能可靠、寿命长、光束模式接近基模等优点。由于激光光束质量很好，激光束能被聚集成极细微的光束，并且其输出波长短，因而光纤激光器在精密金属零件的激光选区熔化快速成型中有着极为明显的优势。扩束镜是对光束质量调整必不可少的光学部件，光路中采用扩束镜是为了扩大光束直径，减小光束发散角，减小能量损耗。扫描振镜由电机驱动，通过计算机进行控制，可以使激光光斑精确定位在加工面的任一位置。为了克服扫描振镜单元的畸变，须用专用平场F-?扫描透镜，使得聚焦光斑在扫描范围内得到一致的聚焦特性。
针对激光选区熔化表面粗糙度分析LZT
《快速成型技术Ⅰ》课程论文 针对熔融挤出成型(FDM)技术的表面粗糙度分析讨论 学院机械与汽车工程 专业机械一 学生姓名廖政泰 指导教师杨永强王迪 提交日期年月日
表面粗糙度及影响因素 表面粗糙度影响零件的耐磨性。表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损就越快。 2）表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了联结强度。 表面粗糙度 表面粗糙度 3）表面粗糙度影响零件的疲劳强度。粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。 4）表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。 5）表面粗糙度影响零件的密封性。粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。 表面粗糙度 表面粗糙度 6）表面粗糙度影响零件的接触刚度。接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度。 7）影响零件的测量精度。零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。 此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。 选择性激光熔化技术的基本原理 SLM技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。为了完全熔化金属粉末，要求激光能量密度超过106W/Cm2。目前用SLM技术的激光器主要有Nd-YAG激光器、Co2激光器、光纤(Fiber)激光器。这些激光器产生的激光波长分别为1064nm、10640nm、1090nm。金属粉末对1064nm等较短波长激光的吸收率比较高，而对10640nm等较长波长激光的吸收率较低。因此在成型金属零件过程中具有较短波长激光器的激光能量利用率高，但是采用较长波长的Co2激光器，其激光能量利用率低。在高激光能量密度作用下，金属粉末完全熔化，经散热冷却后可实现与固体金属冶金焊合成型。SLM 技术正是通过此过程，层层累积成型出三维实体的快速成型技术。根据成型件三维CAD 模型的分层切片信息，扫描系统(振镜)控制激光束作用于待成型区域内的粉末。一层扫描完毕后，活塞缸内的活塞会下降一个层厚的距离;接着送粉系统输送一定量的粉末，铺粉系统的辊子铺展一层厚的粉末沉积于已成型层之上。然后，重复上述2个成型过程，直至所有三维CAD模型的切片层全部扫描完毕。这样，三维CAD模型通过逐层累积方式直接成型金属零件。最后，活塞上推，从成型装备中取出零件。至此，SLM金属粉末直接成型金属零件的全部过程结束. 在制造过程中，铺粉装置按设定的层厚将金属粉末均匀地铺设在基板上，激光在振镜控制下对需要熔化的区域进行扫描熔化；然后，基板下降一个层厚，重复下层的加工，如此往复，金属零件一层层地被加工出来。SLM激光快速成型技术非常适用于复杂零件的快速制造，它可以极大地缩减产品开发周期，降低设计与制造成本，具有广阔的研究与应用前景［1～8］。在这种逐层加工过程中，前一层水平面的表面质量直接影响到下一层的铺粉均匀性，如果前一层的表面粗糙度值很大，甚至存在球化现象，则可能导致下一层的铺粉过程无法完成，从而使得成型加工无法继续；另外，垂直面、倾斜面的表面粗糙度作为成型零件表面粗糙
GH3536合金选区激光熔化成形行为及高温性能研究
GH3536合金选区激光熔化成形行为及高温性能研究 GH3536合金是一种典型的固溶强化型镍基高温合金,具有良好的高温强度以及抗氧化性能,主要用于制作航空发动机燃烧室部件和其他在高温环境下服役的零部件。出于轻量化要求,高性能航空发动机对零部件结构的复杂程度要求越来越高,这给传统制造工艺带来了很大的困难。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术作为一种典型的金属3D打印技术,在难加工、结构复杂高温合金零部件的加工成形方面具有极大的优势,因此被广泛地应用于航空航天领域。SLM成形过程中,粉末层局部区域经历快速升温/降温过程,存在较高的温度梯度和热应力,容易产生孔隙和微裂纹等缺陷,制约了材料的成形效果和服役性能。同时SLM成形过程中凝固冷却速率极快,区别于传统工艺零部件,SLM成形件晶粒更为细小均匀,残余应力更高。因此有必要对SLM成形件内部孔隙、微裂纹缺陷控制以及组织性能进行研究。为研究GH3536合金SLM成形过程、优化成形工艺、减少成形件内部孔隙和微裂纹缺陷、评估SLM成形GH3536合金服役性能,本课题基于体能量密度研究不同工艺的成形效果,并选择致密度、孔隙和微裂纹数量作为衡量标准;分析薄壁管状成形件显微组织、微裂纹和维氏硬度分布;测试成形件常温力学性能以及高温力学性能,分析高温蠕变行为,并与热轧GH3536合金棒材相应性能进行对比;同时采用有限元方法模拟成形过程温度场、熔池形貌尺寸以及凝固组织。主要结论为:SLM成形件内部孔隙随体能量密度的增加逐渐减少并消失,微裂纹随体能量密度的增加出现并逐渐增加,微裂纹沿晶扩展,整体扩
展方向垂直于扫描线方向和平行于成形方向,并同时跨越相邻扫描线和多个沉积层;SLM成形件显微组织形貌呈现为熔池组成的鱼鳞状形貌,熔池内部存在跨越多个沉积层的柱状晶,晶粒间距约为0.6~1.5μm;SLM成形件硬度和强度高于棒材,塑形低于后者;SLM成形件的蠕变抗力高于棒材,其蠕变裂纹沿熔合线及柱状晶晶界形成并扩展,断口 可见明显扫描线痕迹,SLM成形件和棒材具有相近的蠕变应力指数 6.4~ 7.4;ANSYS模拟熔池形貌尺寸、凝固组织与试验结果吻合较好。
【CN110064756A】一种选区激光熔化成型的方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910326782.0 (22)申请日 2019.04.23 (71)申请人 阳江市五金刀剪产业技术研究院 地址 529533 广东省阳江市高新区福冈工 业园科技五路科技企业孵化中心大楼 首层 申请人 阳江市高功率激光应用实验室有限 公司 (72)发明人 路超 张瑞华 屈岳波 肖梦智 赵超 栗子林 康平 刘燕红 邱桥 (74)专利代理机构 北京市邦道律师事务所 11437 代理人 薛艳 温雷 (51)Int.Cl.B22F 3/105(2006.01)B33Y 10/00(2015.01)B33Y 30/00(2015.01)B33Y 40/00(2015.01) (54)发明名称一种选区激光熔化成型的方法(57)摘要本发明属于选区激光熔化成型技术领域。为了解决采用现有选区激光熔化成型方法获得的成型件存在内部有气孔以及表面精度差的问题，本发明公开了一种选区激光熔化成型的方法。该方法具体包括以下步骤：步骤S1，进行铺粉操作；步骤S2，采用第一热源对粉末层进行扫描处理；步骤S3,采用第二热源对粉末固态层进行扫描处理；步骤S4，重复步骤S1至步骤S3，进行逐层的粉末铺设和扫描操作，直至完成零部件的制备；其中，第一热源的能量密度小于第二热源的能量密度。采用本发明的方法进行选区激光熔化成型操作，可以避免成型件内部出现气孔，提升表面精度， 获得高质量的成型件。权利要求书1页 说明书5页 附图5页CN 110064756 A 2019.07.30 C N 110064756 A
基于选区激光熔化快速成型的自由设计与制造进展_宋长辉
５０，０８００２５激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊ ｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ基于选区激光熔化快速成型的自由设计与制造进展 宋长辉１，２ 杨永强１，２ 叶梓恒１ 王 迪 １（１华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州５１０６４０；２广州有色金属研究院，广东广州５１０６４１ ）摘要 随着机械系统复杂性的不断增加，在现代结构理论模型的设计中，设计者需要统筹考虑结构新颖性、性能优 良性和制造可行性，但传统的制造方式对设计约束很大。选区激光熔化（ＳＬＭ）是快速制造中最有发展潜力的技术之一，在理论上可以实现任意复杂的计算机辅助设计（ＣＡＤ）理论模型到金属功能件的直接制造。针对ＳＬＭ自由 制造的特点，结合华南理工大学在该技术方面的研究基础，研究了具有免组装、功能集成和轻量化特点的复杂金属 功能件自由设计与直接制造的工艺，为航空航天、医疗、汽车等领域的产品创新设计与个性化制造提供参考。 关键词 光学制造；选区激光熔化；自由设计与制造；免组装机构；轻量化构件 中图分类号 Ｏ４３６ 文献标识码 Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＬＯＰ５０．０８００２６ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｒｅｅｆｏｒｍ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｂａｓｅｄｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｓｏｎｇ Ｃｈａｎｇｈｕｉ １，２ Ｙａｎｇ Ｙｏｎｇｑｉａｎｇ１， ２ Ｙｅ Ｚｉｈｅｎｇ１ Ｗａｎｇ Ｄｉ １１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｈｚｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５ １０６４０，Ｃｈｉｎａ２ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎｏｎ－Ｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５１０６４１，烄烆烌烎ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ Ａｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ ｎｅｅｄ ｔｏ ｇｉｖｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｎｏｖｅｌｔｙ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｍｏｄｅｒｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｍｐｏｓｅ ｇｒｅａｔ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ．Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ（ＳＬＭ）ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｔｈａｔ ｈａｖｅ ｍｏｓｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐ ｏｔｅｎｔｉａｌ，ｗｈｉｃｈｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｄｉｒｅｃｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｐａｒｔｓ ｆｒｏｍ ａｎｙ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ（ＣＡＤ）ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｉｎ ｔｈｅｏｒｙ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ＳＬＭ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｍｅｔａｌ ｐｉｅｃｅｓ ｗｉｔｈ ｎｏｎ－ａｓｓｅｍｂｌｙ，ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇ ｈｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆａｅｒｏｓｐ ａｃｅ，ｍｅｄｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｏｐｔｉｃａｌ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ；ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ；ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ｎｏｎ－ａｓｓｅｍｂｌｙｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｌｉｇｈｔｗｅｉｇ ｈｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅＯＣＩＳ ｃｏｄｅｓ １ ４０．３３９０；３５０．３８５０；２３０．４０００ 收稿日期：２０１３－０３－０８；收到修改稿日期：２０１３－０４－０１；网络出版日期：２０１３－０７－ １１基金项目：国家自然科学基金（５１２７５１７９ ）作者简介：宋长辉（１９８６—） ，男，博士研究生，主要从事激光加工与激光快速成型等方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏｎｇ＿ｃｈａｎｇ ｈｕｉ＠１６３．ｃｏｍ导师简介：杨永强（１９６１—） ，男，博士，教授，博士生导师，主要从事激光材料加工、快速成型制造等方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｅｙｑｙａｎｇ ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ（通信联系人）１ 引 言 随着机械系统复杂性的不断增加，在现代结构理论模型的设计中，设计者需要统筹考虑结构新颖性、性能优良性和制造可行性。其中制造可行性强调在设计阶段就要充分考虑制造中的问题，其基本思想是从产品设计参数中提取与制造过程相关的信息进行分析，以改善设计。传统制造对于产品的形状与结构设计约 ０８００２６－ １
选区激光熔化成形温度场模拟与工艺优化
3 基金项目:国家科技型中小企业创新基金(项目编号:05C26214201059) 收稿日期:2007212214 第28卷第3期 应 用 激 光 Vol.28,No.32008年6月 A P PL I ED LAS ER J une 2008 选区激光熔化成形温度场模拟与工艺优化 3 章文献, 史玉升, 李佳桂, 伍志刚 (华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430074) 提要 在金属粉末的选择性激光熔化成形过程中,需要解决球化、翘曲、变形等难题。对于一定的金属粉末,通过优化成形工艺参数可以克服以上难题。为此,利用ANSYS 有限元法对成形过程的熔池及温度场模拟,建立有限元模型,分析得出成形过程熔池的深度和宽度,预测并优化成形过程的工艺参数。通过实验验证,应用有限元法优化后的成形工艺参数能够成形出复杂金属零件。 关键词 选择性激光熔化; 有限元模型; 熔池; 温度场 Simulation of T emperature Field for Optimization of Processing P arameters of Selective Laser Melting Metal Powders Zhang Wenxian , Shi Yusheng , Li Jiagui , Wu Zhigang (S tate Key L aboratory of M aterial Processing and Die and Moul d Technology ,H uaz hong Universit y of Science and Technology ,W uhan ,H ubei 430074,China ) Abstract The phenomena such as balling effect ,warp ,and distortion may occur in the process of selective laser melting (SL M )metal powders.These difficulties can be solved by optimizing the processing parameters during the process for a special metal powders.To optimize the parameters ,the temperature field and molten pool dimensions during the SL M process are modeled and simulated with ANSYS finite element method.The analysis results are given and optimum processing parameters are verified by forming complex structure lattice iron parts with the SL M technology.K ey w ords Selective laser melting ; finite element model ; molten pool ; temperature field 选择性激光熔化(selective laser melting ,SL M )快速成形技术可以直接成形出高精度、综合机械性能好的金属零件。该技术基于离散-堆积成形原理,根据零件CAD 模型直接成形三维实体,成形过程中扫描选区内的金属粉末在激光辐照下完全熔化而获得近100%致密的金属零件[1]。目前,国外应用SL M 快速成形技术可直接制造模具、工具、生物移植物等,它们涉及机械制造、航空航天、生物医学等领域,具有很好的应用前景。 对于特定粉末材料的选择性激光熔化快速成形过程,其成形参数直接影响成形过程的顺利进行及成形零件的致密度、表面质量、成形精度等性能。因此,在成形工艺研究过程中要对成形工艺参数进行优化。然而,目前SLM 快速成形技术的成形工艺参数的优化主要在实验及经验的基础上进行总结,缺少系统科 学的优化理论来指导,不利于SLM 快速成形技术的机理及工艺研究。为此开展了有限元模拟SLM 快速成形过程的相关研究,目前主要有以下人员从事这方面的研究。Childs T.H.C 等人对无基板情况下的粉末单扫描成形截面形状以及面扫描成形层质量进行有限元模拟[2-5]。Shiomi M.等人应用有限元法模拟分析了无基板情况下的粉末面扫描成形层的二维温度场与残余应力[6]。Osakada K 等人也对无基板情况下的粉末面扫描时单层固化成形的应力分布应用有限元模拟进行分析,并提出解决单层固化成形时缺陷的方法[7,8]。因为以上研究主要是针对无基板情况下激光熔化过程中的单线扫描和单面扫描的粉床温度场和应力场的有限元模拟,其主要目的是向无基板下的选择性激光熔化快速成形技术方向发展。然而对于在基板上粉末的选择性激光成形过程的熔池及 — 581—
中科煜宸激光选区熔化技术及其应用
激光选区熔化（SLM）作为具有发展前景的金属零件3D打印技术，其成型材料多为单一组分金属粉末，包括奥氏体不锈钢、镍基合金、钛基合金、钴-铬合金和贵重金属等。通过激光束快速熔化金属粉末并获得连续的熔道，可以直接获得几乎任意形状、具有完全冶金结合、高精度的近乎致密金属零件。因此，其应用范围已经扩展到航空航天、汽车、微电子、医疗、珠宝首饰等行业。 SLM技术主要优势有：更好的表面质量、更好的性能、更宽泛的材料选择；主要待解决的问题：打印粉末成本高、成型速度慢、打印件受设备成型仓尺寸限制、需要添加支撑、需要后处理。 国内外对SLM技术研究热情较高。国外对SLM工艺进行开展研究的国家主要集中在德国、英国、日本、法国等。其中，德国是从事SLM技术研究最早与最深入的国家。第一台SLM系统是1999年由德国Fockele和Schwarze（F&S）与德国弗朗霍夫研究所一起研发的基于不锈钢粉末SLM成型设备。目前国外已有多家SLM设备制造商，例如德国EOS 公司、SLMSolutions公司、ConceptLaser公司和英国Renishaw公司等。华南理工大学于2003年开发出国内的第一套选区激光熔化设备DiMetal-240。发展至今，国内选区激光熔化设备主要研发及生产商有南京中科煜宸、湖南华曙高科、西安铂利特、无锡飞而康、北京隆源等。
航空航天零部件打印： 图1.涡轮增压器压缩机叶轮图2.叶轮图3.燃烧室机匣航空工业应用的3D打印主要集中在钛合金，铝锂合金，超高强度钢，高温合金等材料方面，这些材料基本都是强度高，化学性质稳定，不易成型加工，传统加工工艺成本高昂的类型，并且存在部分如下图所示的结构复杂的薄壁结构件。 汽车零部件打印： 近些年来，新能源汽车行业受到大力扶持与发展，其中零件的轻量化设计是减少能量损耗，提高汽车续航能力的一个重要因素。然而一些内部复杂的薄壁件采用传统制造工艺研发周期较长、加工难度较高。因此，3D打印技术逐渐走入研发人员的视野。图4为某汽车厂家打印的一个薄壁内流道结构件，该件使用过程中内壁需要承受一定的水压，因此，需要零件成型后致密性好。而SLM 3D打印零件通过工艺参数的优化，其致密度可以达到99%。 牙齿的打印： 市场现有的3D打印设备和生物相容性材料能够满足牙科产品的制造需求，例如SLM 技术打印的烤瓷牙金属冠的钴铬合金。目前，在牙科领域，3D打印不仅可以制造最终产品，还可以打印定制化的间接产品，例如牙科模型。这些产品往往对力学性能没有太高的要求，但确是最终产品制造和牙齿修复过程中的有力工具。这些直接亦或是间接应用产品需求将长期推动3D打印技术在牙科行业的增长与发展。