材料成型技术新发展作业.doc

单位代码单位名称11660重庆理工大学材料啟型技术新农晨金属粉末的选择性激光烧结成型技术作者：张浪专业：材料成型及控制工程学号：10809010234学院：材料科学与工程中国•重庆2011年］0月【摘 要】：激光快速成型技术是集计算机辅助设计、激光熔覆、 快速成型于一体的先进制造技术，是传统加工成形方法的重要补 充近年来，集中先进的激光技术、粉体技术和计算机控制技术 的选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)日渐 成熟SLS无需模具就可将金属和非金属粉末直接逐层烧结成近 净形致密零件，具有成形灵活性强、周期短、原料广泛等特点， 在汽车、造船、机械、航空与航天等诸多领域逐渐得到广泛应用, 成为当前成形技术中的一个研究热点和极具发展潜力的前沿技 术文章介绍了金属粉末快速成型的研究现状，分析了金属粉末 选择性激光烧结的工艺特点，对这些工艺的影响因素进行了讨 论关键词】：金属粉末；选择性激光烧结；快速成型技术；影响 因素1引言快速成型技术(Rapid Prototyping，简称RP)是从1987年 开始发展起来的一种先进制造技术，集成了现代数控技术、CAD/ CAM技术、激光加工技术及材料科学等领域的最新成果。

该技术 利用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在众多的快速成形技术中，选择性激光烧结SLS是少有的几 种不需要添加任何粘结剂便能直接加工成形近致密金属零件的 技术之一，近年来得到快速发展从理论上分析，任何受热后能 够粘结的粉末都可以用作SLS的原材料，如塑料、石蜡、金属、 陶瓷等早期用于SLS的粉末主要是塑料粉末，近年来科研人员 对金属和陶瓷粉末的烧结工艺做了大量的研究，直接将金属粉末 烧结成三维零件是目前最为迫切的要求2 金属粉末烧结成型技术研究现状(1) SLS的烧结原理激光选择性烧结快速成型技术是使用激光束熔化或烧结粉末材料，利用分层的思想，把计算机中的CAD模型直接成型为三 维实体零件它的创新之处在于将激光、光学、温度控制和材料 相联系SLS烧结过程可分为三部分：（1）首先在粉体床上铺一 薄层粉体，并压实，可以根据需要，在激光烧结前进行预热；（2） 激光照射粉体层，烧结粉体，形成所设计零件一层的形状；（3） 粉体床下降一个薄层厚度的距离；重复上面的过程，直到原型零 件完成。

SLS对粉末烧结的明显优势在于：（1）和其它的加工方 法比较，能获得优良的材料性能，同时，它的加工材料范围比 较宽（聚合物、金属、陶瓷、铸造砂等）；（2）易于实现液相烧 结，烧结周期比较短；（3）比传统的烧结方法更易得到密实的以 粉末金属为原料的产品；（4）工艺比较简单，烧结路线、烧结温 度便于控制2） SLS技术的发展历程与现状SLS最初由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的CARL DECKARD于 1987年在其硕士论文中提出，之后美国DTM公司于1992年推出了 该工艺的商业化生产设备Sinter Station 2000随着研究的不 断深入，特别是激光束控制技术的突破，美国的DTM公司、德国 的E0S公司、比利时的Leuyen大学、英国的MCP公司，我国的北京 隆源自动成型有限公司、南京航空航天大学、西北工业大学、华 北工学院和华中科技大学等单位研发的SLS成形机，功能不断完 善，性能不断提高按所用原材料特性的不同，SLS的发展可分 为2个阶段：1）利用SLS技术烧结低熔点的材料，目前的烧结设备 和工艺大多处于这一阶段，所用的材料是聚合物、低熔点金属或 陶瓷的包覆粉末（或陶瓷与聚合物的混合物）；2）利用SLS技术直 接烧结高熔点金属材料（如钛合金、银合金等），这是SLS的重要 发展方向之一。

国外许多快速成形系统开发公司和使用单位对快 速成形材料进行了大量的研究，开发出了多种适合于快速成形工 艺的粉末材料美国的DTM公司于1993年推出RapidSteel制造技 术，在SLS-2500plus系统中烧结表面包覆树脂材料的铁粉，初次 成形零件后，置入铜粉中再一起放入高温炉进行二次烧结制造出 注塑模具，此模具在性能上相当于7075铝合金德国EOS公司开 发了可直接对未经预热的金属粉末进行激光烧结的EOSINTM250 系统该系统所使用的由不同金属粉末组成的混合粉，适用于制 作滚轴和注塑模具口日本大阪大学焊接研究实验室的MURAKAMI T等用激光焊接技术，成功制备了莲藕状的多孔铜目前，应用 该技术已能快速地制备出高精度高分子材料工件，也可以制备具 有高致密度但表面精度稍差的金属件与此同时，SLS用粉末材 料的研究也取得进展，粉末的品种越来越多3）影响金属粉末SLS质量的因素选择性激光烧结，特别是金属粉末的激光烧结，是非常年轻的一个制造领域尽管SLS具有应用范围广、直接成形等优点, 但是仍有不少技术难题，如三维零件普遍存在致密度不高、尺寸 精度较低及表面质量较差口等问题，这己成为目前SLS技术研究 的重点和难点。

归结起来，在适当的烧结气氛下，影响SLS烧结 件质量的因素主要为工艺参数（如激光类型和扫描方式）和粉末 物性3 金属粉末的选择性激光烧结成型技术发展前景及存在问题金属粉末的SLS是一项基于特种金属粉末的多学科交叉的高 新技术，是粉末冶金工艺的扩展和最新发展本文作者通过阐述 SLS的原理及特点，总结SLS的发展及现状，分析影响SLS质量的 因素，深入探讨了激光类型、扫描参数、粉末物性对SLS烧结质 量的影响，并着重探讨了粉末物性对于SLS质量的影响作者认 为使粉末的烧结特性、摊铺特性和稳定性三者与激光特性相互协 同，是设计SLS专用粉末的关键；建立模拟激光烧结过程的物理、 数学模型，对SLS科学体系的形成和完善具有重要意义SLS技术的发展，将对丰富和发展粉末冶金科学和技术产生 积极的影响，对引领机械制造业向环保、节能、高效的方向发展 产生积极的推动作用目前，快速成型技术的成型精度为 0. 01mm数量级，表面质量还较差，有待进一步提高最主要 的是成型零件的强度和韧性还不能完全满足工程实际需要, 完善现有快速成型工艺与设备，提高零件的成型精度、强度和韧 性，降低设备运行成本的需求是十分迫切的。

4 后记选择性激光烧结成型技术作为一种高新制造技术，必将在 十几年来飞速发展的基础上扬长避短，不断开发出新的成型工 艺、成形材料及智能化相关技术，现有工艺也必将朝着精密化、 高精度、低成本、标准化方向发展，并应以能直接生产半功能性、 功能性零件为目标参考文献】：［1］ 王秀峰，罗宏杰.快速原型制造技术EM3.北京：中国轻工业 出版社,2001年.［2］ 王运赣.快速成形技术［M］.武汉：华中理工大学出版社， 1999.［3］ 邓琦林，余承业.金属粉末的选择性激光烧结［J］.航空工 业技术，1996.［4］ 黄树槐，肖跃加，莫健华，等•快速成形技术的展望［J］.中 国机械工程，2000.［5］ 肖强伟，余欢，徐志峰.选择性激光烧结技术的发展概况及 展望口］.国外金属加工，2005.［6］ 张剑锋，沈以赴，赵剑锋，等.激光烧结成形金属材料及零件的进展［〕］•金属热处理，2001.［7］ 李鹏，熊惟皓.选择性激光烧结的原理及应用口］.材料导 报，2002.［8］ 潘琰峰，沈以赴，顾冬冬，等.选择性激光烧结技术的发展 现状［J］.工具技术，2004.［9］ 胡晓冬，赵万华，李涤尘，等.金属直接成形技术的发展与 展望［J］.工具技术，2001.［10］ 朱林泉，白培康，朱江淼•快速成形与快速制造技术［M］.北 京：国防工业出版社，2003.。