单元设计--激光熔覆成型（LCF）技术介绍

1、浙江工贸职业技术学院单元教学设计2016 2017 学年 第 二 学期课程名称： 3D打印工艺实践 授课班级： 任课教师： 金露凡 所在院（系）： 材料工程系 单元序号及单元标题： 激光熔覆成型（LCF）技术介绍授课班级光机电应用技术上课时间2课时上课地点多媒体教室教学目的了解激光熔覆成型（LCF）技术的基本原理；掌握激光熔覆成型（LCF）技术的系统及各个组成；了解激光熔覆成型（LCF）技术的特点；教学目标能力（技能）目标知识目标掌握激光熔覆成型（LCF）技术的系统及各个组成；了解激光熔覆成型（LCF）技术的基本原理；了解激光熔覆成型（LCF）技术的特点；重点难点及解决方法重点：掌握激光熔覆成

2、型（LCF）技术的系统及各个组成；难点：了解激光熔覆成型（LCF）技术的特点；解决方法：结合动画进行工艺流程的讲解。参考资料1. 吴怀宇著.3D打印三维智能数字化创造. 北京：电子工业出版社 ， 2014.012. 杨继全等编著.三维打印设计与制造. 北京：科学出版社 ， 2013.113. 魏青松编. 粉末激光熔化增材制造技术. 武汉：华中科技大学出版社，2013.064. 美胡迪.利普森等编著. 3D打印技术. 北京：中信出版社 ， 2013.045. 史玉升著. 粉末材料选择性激光快速成形技术及应用. 北京：科学出版社，2012.096. 史玉升等编著. 激光制造技术. 北京：机械工业出

3、版社， 2011.127. 周建忠等编著.激光快速制造与应用. 北京：化学工业出版社 ， 2009.02单元教学设计基本框架第一部分：组织教学和阐述本部分知识的总体概况 （时间：2分钟）2、总述本次课学习激光熔覆成型（LCF）技术的基本原理、特点、系统及各个组成部分和应用。第二部分：学习新内容【步骤一】说明主要教学内容、目的 （时间：3分钟）教学内容：激光熔覆成型（LCF）技术的基本原理、特点、系统及各个组成部分和应用。教学目的：了解激光熔覆成型（LCF）技术的基本原理；掌握激光熔覆成型（LCF）技术的系统及各个组成；了解激光熔覆成型（LCF）技术的特点；【步骤二】 新知识的引入 （时间：20

4、分钟）激光熔覆成型（LCF）技术的基本原理激光熔覆是激光技术、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术、传感器技术、控制技术与粉末冶金等多种技术相结合的一种工艺。 简单来说，激光熔覆是指利用激光热源在基体上沉积一层金属材料，即熔覆层，从而改变基体表面特性，如硬度、耐磨性等，还可以对磨损的基体表面进行激光修复，既满足人们对材料表面某种或某几种特定性能的要求，同时又节约了大量的贵重稀有金属，属于绿色环保技术。激光熔覆过程中熔覆粉末和基体表面形成一薄层，薄层熔化并快速凝固成型，且熔覆层稀释率极低。因此，熔覆层与基体具有良好的冶金结合，并且显著改善基体材料的各种特性，如硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。

5、与传统表面改性技术相比，激光熔覆具有稀释率小、组织致密性高、涂层与基体冶金结合好、熔覆材料种类多等特点，具体如下。 （1）熔覆过程中对基体的热影响很小，主要是因为激光、熔覆粉末和基体的相互作用时间短，粉末迅速熔化、凝固。容易实现小范围熔覆，且工件不易变形，熔覆效果好； （2）熔覆层微观晶粒细小且分布均匀，所以熔覆层硬度很高，而且耐磨和耐腐蚀等性能强，较大程度的提高了材料表面的各种性能； （3）熔覆作用时间短，熔覆层稀释率低，因此基体材料熔化量较小，熔覆层微观组织细腻。若熔覆层的稀释率达到较合适的值，可以得到较优的熔覆质量；（4）可以对特定区域进行熔覆，材料消耗少，利用率高，有效地节约了资源，降

6、低了成本，性价比较高；（5）激光光束瞄准，因而可以熔覆其它表面处理技术难以接近的区域；（6）熔覆粉末材料的选择范围很广，且正在不断开发中，激光熔覆工艺特别适用于在低熔点金属表面熔覆高熔点合金；（7）激光熔覆具有高精度、自动熔覆的优势，且熔覆层表面性能稳定，熔覆层成分和厚度都在可控制范围，厚度在 0.1mm 到几厘米之间。【步骤三】新知识的引入 （时间：20分钟） 激光熔覆成型（LCF）技术的系统；我们以以浙江久恒光电科技有限公司HL and BCAL 4000激光熔覆系统为例，具体讲解一下激光熔覆成型（LCF）技术的系统。激光熔覆成型（LCF）系统主要有1、激光器和光路系统；2、送粉系统；3、

7、激光成型平台；4、辅助系统四部分所组成。如图中看到的是HL and BCAL 4000激光熔覆系统整体设备。【步骤四】新知识的引入 （时间：20分钟） 激光熔覆成型的特点 激光熔覆成型技术具有成型零件复杂、结构优化、性能优良、加工材料范围广泛、热影响小等特点，可实现梯度功能、柔性化程度高、制造周期短，无模近终成型等独特优势。【步骤五】新知识的引入 （时间：20分钟） 激光熔覆成型（LCF）技术系统组成部分讲解第三部分：总结、布置作业、说清楚作业的要求 （时间：5分钟）总结：本次课主要讲解了本次课主要介绍了激光熔覆成型技术的发展、成型原理、特点及应用等基本概念。激光熔覆原理：是指以不同的填料方式

8、在熔覆基体表面上预置具有特殊使用性能的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低并与基体呈冶金结合的表面熔覆层，从而改善基体表面的耐磨、耐腐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种先进制造技术。激光熔覆过程中的三种相互作用：1、激光与粉末的相互作用；2、激光与基体的相互作用；3、粉末与基体的相互作用激光熔覆层的形貌典型激光熔覆系统的总体介绍，包括激光器、机械手及配套设备。激光熔覆成型系统的组成部分（1）激光器：常用激光器的特点以及激光器选择原则（2）光路系统：作用，构成和选用原则（3）激光成型平台：数控机床加工平台和智能激光柔性制造平台（4）辅助系统：气氛控制系统和监测与反馈系统电子束选区熔化的操作控制系统，主要由三维构图软件、设备控制软件和程序控制软件所组成。作业：作业1：激光熔覆成型技术的成型原理是什么？