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激光选区熔化快速成形技术

技术简介

       激光选区熔化技术是由德国Frauhofer研究所于1995年最早提出,在金属粉末选择性烧结基础上发展起来的。2002年该研究所在激光选区熔化技术方面取得巨大成功.可一次性地直接制造出完全致密性的零件”⋯。

       激光选区熔化技术利用高亮度激光直接熔化金属粉末材料,无需粘结剂.由3D模型直接成形出与锻件性能相当的任意复杂结构零件,其零件仅需表面光整即可使用。随着高亮度光纤激光的出现,国外金属粉末选区熔化激光精密增材成形技术发展突飞猛进。譬如,德国EOSGmbH公司新开发的激光选区熔化设备EOSINTM280采用束源质量高的Yb光纤激光器.将激光束光斑直径聚焦到100¨m,大幅提高激光扫描的速度,减少成形时间,其成形零件性能与锻件相当。激光选区熔化技术可直接制成终端金属产品,省掉中间过渡环节;零件具有很高的尺寸精度以及好的表面粗糙度(R。为IO一30p,m);适合各种复杂形状的工件,尤其适合内部有复杂异型结构、用传统方法无法制造的复杂工件;适合单件和小批量复杂结构件无模、快速响应制造。目前.复杂金属零件的研究引人瞩目.在航空航天、医疗等行业尤其如此。


技术指标


材料

牌号

硬度

密度

g/cm3

室温拉伸

弹性

模量

室温

冲击

Rm(MPa)

Rp(MPa)

A%

Z%

EGPa

AkuJ/cm2

TC4

钛合金

320HV5

4.41

1091

1040

16

45

118

53.5

IN718

47HRC

8.15

1400

1150

15

-

170

-

AlSi10Mg

120HBW

2.67

430

220

7.5

-

70

 

IN625

30HRC

8.44

900

615

42

 

140

 

316L

85HRB

7.9

540

470

50

 

180

 


技术特点
接制成终端金属产品,省掉中间过渡环节;
可得到冶金结合的金属实体,密度接近100%;
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(<0.1mm);
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;
适合单件和小批量模具和工件快速成型。

技术水平

       国际先进

应用领域和范围

       航空、航天、航海等军工领域,医疗、卫生等民用领域。

专利状态

       已取得专利5项


转化周期

       1~3年

预期效益

       加工、周期长、成本高等技术难题,可以加工出传统制造方法无法加工的复杂金属零件.特别适合空间

点阵夹芯结构、复杂薄壁结构件直接制造,实现了材料一结构一功能一样体化设计和制造。近几年来,英国、

德国、法国、美国、瑞典等国外发达国家先后开发了cH4169、AISilOMg、CoCr、TC4等合金金属复杂结构

的激光选区熔化增材制造商业化设备,并开展应用基础研究。 国内激光选区熔化增材制造技术仍处于起步阶

段.虽然华中科技大镍基台金、不锈钢、钴铬合金等成熟材料种类,不断推出新材料。通过拓扑优化设计结

构,激光选区熔化技术可制造出大幅减轻重量的航空航天金属结构件。目前,金属零件激光增材技术面临的

主要挑战包括成形过程应力及变形、材料组织及性能控制、质量检测及标准建立等。产品创新是我国制造行

业可持续发展的基础,而快速成形技术对新产品的开发速度和质量将起到十分重要作用