《激光快速成形技术》PPT课件.ppt

2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 1 激光快速成形技术 班级 金材1班姓名 刘闪学号 090500125 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 2 激光快速成形技术 1 激光快速成形技术的基本概念成型及原理制造成型方式的分类成型制造技术的特点2 激光快速成形技术方法 五种方法 3 激光快速成形用材料4 该技术的应用前景与展望 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 3 激光快速成形技术的现状 从国际市场来看 RP市场正逐渐向RM 快速制 市场发展 RP市场本身已进入成熟的商业化阶段 我国已初步形成了RP设备和材料的制造体系 近年来 我国已经建立一批向企业提供RP技术的服务机构 并开始起到了积极的作用 推动了该技术在我国的广泛应用 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 4 激光快速成形技术 1 激光快速成形技术集成了激光技术 CAD CAM技术和材料技术的最新成果 根据零件的CAD模型 用激光束将光敏聚合材料逐层固化 精确堆积成样件 不需要模具和刀具即可快速精确地制造形状复杂的零件 该技术已在航空航天 电子 汽车等工业领域得到广泛应用 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 5 图7 22立体光造型技术的原理示意图 由于快速成型技术 包括激光快速成型技术 仅在需要增加材料的地方加上材料 所以从设计到制造自动化 从知识获取到计算机处理 从计划到接口 通讯等方面来看 非常适合于CIM CAD及CAM 同传统的制造方法相比较 显示出诸多优点 新旧流程图如右图 3 激光快速成型与传统工艺比较 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 6 主要优点 快速性 生产制品的周期较传统加工工艺短 RP对设计的敏感性很低 制造时几乎不用考虑制品的外形问题 由此可节约大量时间 适合成型复杂零件 不论零件多复杂 都由计算机分解为二维数据进行成型制作 无简单复杂之分 因此他特别适合成型形状复杂 传统方法难以制造甚至无法制造的零件 高度柔性 零件在一台设备上即可快速成型出具有一定精度 满足一定功能的原理及零件 若要修改零件只要修改CAD模型即可 高度集成化 激光快速成型技术将CAD数据转换成STL格式后 即可开始快速制作 该过程是二维操作在CAD只完成的 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 7 激光快速成型技术介绍 1 立体光造型技术2 选择性激光烧结技术3 激光熔覆成形技术4 激光近型制造技术5 薄片叠成制造技术 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 8 激光快速成型技术 原理 计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描 被扫描区域的树脂薄层 约十分之几毫米 产生光聚合反应而固化 形成零件的一个薄层 立体光造型技术的原理如图所示 是典型的逐层制造法 1 立体光造型技术 SLA 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 9 1 系统工作稳定 2 尺寸精度较高 可确保工件的尺寸精度在0 1mm以内 3 表面质量较好 工件的最上层表面很光滑 侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平 比较适合做小件及较精细件 可直接制造塑料件 产品为透明体 4 系统分辨率较高 因此能构建复杂结构的工件 5 成形速度较快 缺点1 需要专门实验室环境 维护费用高昂 2 成型件需后处理 二次固化 防潮处理等工序 3 光敏树脂固化后较脆 易断裂 可加工性不好 工作温度不能超过100 成形件易吸湿膨胀 抗腐蚀能力不强 4 氦 镉激光管的寿命仅3000小时 价格较昂贵 运行费用高同时需对整个截面进行扫描固化 成型时间较长 因此制作成本相对较高 优点 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 10 激光快速成型技术 2 选择性激光烧结技术 SLS 原理 选择性激光烧结技术 SLS技术 与立体光造型技术 SLA技术 很相似 也是用激光束来扫描各原材料 但用粉末物质代替了液态光聚合物 并以一定的扫描速度和能量作用于粉末材料 选择性激光烧结技术的基本原理如图所示 选择性激光烧结技术基本原理 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 11 优点 1 与其他工艺相比 能生产很硬的模具 有直接金属型的概念 2 可以采用多种原料 例如绝大多数工程用塑料 蜡 金属 陶瓷等 3 零件的构建时间短 可达到1in h高度 4 无需对零件进行后矫正 缺点 1 需要专门实验室环境 维护费用高昂 2 预热和冷却时间长 总的成形周期长 3 成形件强度和表面质量较差 精度低 表面粗糙度的高低受粉末颗粒大小及激光光斑的限制 4 零件的表面一般是多孔性的 为了使表面光滑必须进行渗蜡等较复杂的后处理 在后处理中难于保证制件尺寸精度 后处理工艺复杂 样件变型大 无法装配 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 12 激光熔覆成型技术原理示意图 激光快速成型技术 3 激光熔覆成型技术 LCF 原理 LCF技术的工作原理与其他快速成形技术基本相同 也是通过对工作台数控 实现激光束对粉末的扫描熔覆 最终成形出所需形状的零件 激光熔覆成型技术原理图如图所示 目前用此法制造出复杂截面变换器的零件外形的误差在0 5mm以内 激光熔覆的复杂截面变换器 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 13 激光快速成型技术 激光近形制造技术 简称LENS 技术 将快速成型技术中的选择性激光烧结技术和激光熔覆成型技术结合了起来 激光近形制造技术的基本原理如图所示 该系统主要由4部分组成 计算机 高功率激光器 多坐标数控工作台和送粉装置 4 激光近型制造技术 激光近形制造技术的基本原理示意图 原理 LENS技术是将SLS技术和LCF技术相结合 并保持了这两种技术的优点 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 14 4 激光近型制造技术 1 计算机 用于建立待制作零件的CAD模型 将零件的CAD模型转换成STL文件 对零件的CAD模型进行切片处理 生成一系列具有一定厚度的薄层 并形成每一层薄层的扫描轨迹 以便控制多坐标数控工作台运动 2 高功率激光器 使用的是高达几千瓦到十几千瓦功率的CO2激光器 而不像选择性激光烧结技术中所用的CO2激光器只有50瓦 3 多坐标数控工作台 采用多坐标数控工作台的运动实现扫描 在工作台上的零件除能够沿着X Y轴方向运动外 还可以绕X Y轴转动 4 送粉装置 送粉装置是激光近形成型制造系统中非常重要并具有特点的一个部分 送粉装置性能的好坏决定了零件的制作质量 对送粉装置的基本要求是能够提供均匀稳定的粉末流 送粉装置有两种形式 侧向送粉装置和同轴送粉装置 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 15 激光快速成型技术 5 薄片叠层制造技术 LOM 原理 是利用在一定条件下 如加热等 可以黏结的带状材料 通常使用纸或陶瓷基或金属材料 运用激光切割出按照RP软件离散出的各层形状 随后再使各层黏合为一个几何整体 薄片叠层制造技术是一种常用来制作模具的新型快速成型技术 其工作原理就是 首先用大功率激光束切割金属薄片 然后将多层薄片叠加 并使其形状逐渐发生变化 最终获得所需原型 模具 的立体几何形状 薄片叠层制造技术原理示意图 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 16 主要激光快速成型技术用于制造铸造模的优缺点对比 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 17 1 用于制造复杂形状的零件2 快速制造原型3 用于制造多种材料或非均匀材料的零件4 用于制造活性金属的零件5 用于小批量生产塑料制件6 用于制造各种模具或模型 应用 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 18 激光快速成型技术的重要应用 1 用于制造复杂形状的零件 特别适合于在航天航空工业中制作大型带加强筋的整体薄壁结构零件 2 快速制造原型 可以在极短的时间内设计制造出零件的原型 进行外观 功能和运动上的考核 发现错误及时纠正 避免由于设计错误而带来的工装 模具等浪费 3 用于制造多种材料或非均质材料的零件 4 用于制造活性金属的零件 由于激光快速成型制造能够提供良好的工作气氛环境 材料浪费少 所以可以用于加工活性金属 如钛 钨 镍等 及其他的特殊金属 5 用于小批量生产塑料制件 6 用于制造各种模具或模型 选择性激光烧结技术在航空工业中最有发展前途的应用 就是快速制造精密铸造中的陶瓷模壳和型芯 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 19 快速技术生产的发动机蜡模快速技术生产的发动机零件 双缸摩托车汽缸盖样件 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 20 从CT数据到骨骼3D数值模 LRP模型帮助手术计划 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 21 快速成型技术存在的问题 1 零件精度不够高2 材料种类不够高3 机械性能不够高 2020 2 7 材料成型及控制工程教研组 22 1 分成方式演变PR数据处理过程是将CAD数据模型STL文件按一定