金属构件选区激光熔化(SLM)快速成型技术

1、金属构件选区激光熔化（SLM）快速成型技术华南理工大学机械工程学院焊接研究所 杨永强1.选区激光熔化技术原理快速成型（RP - Rapid Prototype）技术近些年来发展起来的一种先进制造技术。它是CAD、数控、激光和新材料等学科的集成。是自动化原型快速制造技术，它是由CAD模型直接经过特殊的生产工艺制造出复杂形状三维实体零件的技术总称。选区激光熔化（SLM -Selective Laser Melting）是一种金属件直接成型方法，是快速成型技术的最新发展。该技术基于快速成型的最基本思想，用逐层添加方式根据CAD数据直接成型具有特定几何形状的零件，成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结

2、合。该技术突破了传统加工方法去除成型的概念，采用添加材料的方法成型零件，不存在材料去除的浪费问题；成型过程不受零件复杂程度的限制，因而具有很大的柔性，特别适合于单件小批量产品尤其医学植入体的制造。SLM技术需要高功率密度激光器，聚集到几十微米大小的光斑，由于材料吸收问题一般CO2激光器很难满足要求，Nd:YAG激光器由于光束模式差也很难达到要求，所以SLM技术需要使用光束质量较好的半导体泵浦YAG激光器或光纤激光器，功率在100W左右，可以达到3050m的聚集光斑，功率密度达到5×106W/cm2 以上。2.选区激光熔化（SLM）技术特点及技术指标这种方法是在选区激光烧结（SLS）基

3、础上发展起来的，但又区别于选区激光烧结技术，关键技术特点体现在如下几个方面：l 直接制成终端金属产品，省掉中间过渡环节；l 可得到冶金结合的金属实体，密度接近100%；l SLM制造的工件有高的拉伸强度；较低的粗糙度（Rz30-50mm）,高的尺寸精度（<0.1 mm）l 适合各种复杂形状的工件，尤其适合内部有复杂异型结构（如空腔）、用传统方法无法制造的复杂工件；l 适合单件和小批量模具和工件快速成型。3.选区激光熔化（SLM）技术用途选区激光熔化快速成形技术是模具或金属零件的一次成形技术，也是简化中间环节的终端技术。是激光快速成形发展的必然趋势。生产出的工件经抛光或简单表面处理可直接作

4、模具、工件或医学金属植入体使用。该技术将主要应用于模具产品的快速开发应用，原型的快速设计和自动制造保证了工具的快速制造。无需数控铣削，无需电火花加工，无需任何专用工装和工具，直接根据原型而将复杂的工具和型腔制造出来，一般来说，采用选区激光熔化快速成形技术，模具的制造时间和成本均为传统传技术的1/3。并且该技术在复合材料、梯度材料的工件实体制造也有很好的发展潜力。 4知识产权状况已获得实用新型专利ZL200420094739.55选区激光熔化快速成型系统样机技术指标及照片激光器类型半导体泵浦YAG激光器成型室成型尺寸240×240×440 mm波长106mm分层厚度0.02-0.3 mm最大功率200 W储料容积45 L功率控制连续可调成型材料金属粉末激光冷却水循环冷却装置制冷量5000BTU/h光路及扫描系统焦平面光斑50100mm水流量36 L/min同光路指示半导体激光整套设备尺寸主机136×169×72 cm控制系统工控机P4控制柜188×60×80 cm控制软件AFSWin2.0水冷器53×86×75 cm工作环境室温电源380