激光加工.docx
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激光加工
激光加工技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术,特别是政府强调要振兴制造业,这就给激光加工技术应用带来发展机遇。
在国家制定中长远期发展规划时,又将激光加工列为关键支撑技术,因为它涉及国家安全、国防建设、高新技术的产业化和科技前沿的发展,这就把激光加工提升到很高的重视程度,也必将给激光加工机的制造和升级带来很大的商机。
从中国光学光电子行业协会激光分会的逐年统计看,激光加工装备的年销售额一直在高速增长。
说明激光加工技术在我国已经从研究,实验探索中走出了象牙之塔,走上实用化的道路。
保持销售额年增长在20%左右。
目前已经形成激光加工机生产企业达200余家,从业人员近2万,其中科技人员约占50%,具有中高级职称的员工约占30%,已经形成一支具有相当实力的产业队伍。
同时,也吸引了世界各地许多激光加工设备制造商的关注和跟进,国内市场已经国际化了。
1、激光切割机产品的高速发展
前几年,国内在销的激光切割机大部分为国外进口产品,国内产品所占份额甚小。
随着用户对激光切割技术特点的逐步深入了解和示范性采用,带动了国内企业纷纷转向生产激光切割机。
2、激光打标机(标记机)将继续前冲
按照全球对激光加工系统销售总量的统计,激光打标机仅次于激光切割机,占第二位。
近年来,接近激光切割机销售量,各占总量的1/3左右。
而我国则相反,激光打标机的销售额一直占国内激光加工销售额的50%以上,在较大范围内占领了国内市场,并大大地开拓了应用的工业领域,可以说,比国外的应用面要广泛得多。
3、25W~100W级激光加工机
主要指采用25W~100W级CO2激光器,加上以X-Y桌面工作台系统为主的机型,同时也有用Nd:
YAG激光器加振镜集成的加工机。
它可以进行雕刻包括内雕、裁剪、镂空、绣花和切割加工。
4、用于再制造业的激光熔覆技术及装备
激光加工技术用于再制造业和应用于其他制造业一样,有其不可替代的优点,并优于其它加工技术。
激光加工用于再制造业是由相变硬化发展到激光表面合金化和激光熔覆,由激光合金涂层发展到复合涂层及陶瓷涂层,从而使得激光表面改性技术成为再制造的一项重要手段。
5、激光焊接技术与装备
激光焊接技术在国内的应用正迅速扩大,其销售额仅次于打标和切割。
它主要用于电池、电器、仪表、五金工具及钢铁、航空航天、汽车等工业。
四)能量密度极大
光子的能量是用E=hf来计算的,其中h为普朗克常量,f为频率。
由此可知,频率越高,能量越高。
激光频率范围3.846*10^(14)Hz到7.895*10^(14)Hz.电磁波谱可大致分为:
(1)无线电波——波长从几千米到0.3米左右,一般的电视和无线电广播的波段就是用这种波;
(2)微波——波长从0.3米到10-3米,这些波多用在雷达或其它通讯系统;(3)红外线——波长从10-3米到7.8×10-7米;(4)可见光——这是人们所能感光的极狭窄的一个波段。
波长从780—380nm。
光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波。
由于它是我们能够直接感受而察觉的电磁波极少的那一部分;(5)紫外线——波长从3×10-7米到6×10-10米。
这些波产生的原因和光波类似,常常在放电时发出。
由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当,因此紫外光的化学效应最强;(6)伦琴射线——这部分电磁波谱,波长从2×10-9米到6×10-12米。
伦琴射线(X射线)是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的;(7)γ射线——是波长从10-10~10-14米的电磁波。
这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的,放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出。
γ射线的穿透力很强,对生物的破坏力很大。
由此看来,激光能量并不算很大,但是它的能量密度很大(因为它的作用范围很小,一般只有一个点),短时间里聚集起大量的能量,用做武器也就可以理解了。
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源,识别物体等的一门技术,传统应用最大的领域为激光加工技术。
激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术,传统上看,它的研究范围一般可分为:
1.激光加工系统。
包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。
2.激光加工工艺。
包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。
激光焊接:
汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。
目前使用的激光器有YAG激光器,CO2激光器和半导体泵浦激光器。
激光切割:
汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。
使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。
激光打标:
在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用,目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。
激光打孔:
激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。
激光打孔的迅速发展,主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。
国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。
目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主,也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。
激光热处理:
在汽车工业中应用广泛,如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理,同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。
我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。
目前使用的激光器多以YAG激光器,CO2激光器为主。
激光快速成型:
将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成。
多用于模具和模型行业。
目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主。
激光涂敷:
在航空航天、模具及机电行业应用广泛。
目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器为主。
应用于牙科的激光系统
依据激光在牙科应用的不同作用,分为几种不同的激光系统。
区别激光的重要特征之一是:
光的波长,不同波长的激光对组织的作用不同,在可见光及近红外光谱范围的光线,吸光性低,穿透性强,可以穿透到牙体组织较深的部位,例如氩离子激光、二极管激光或Nd:
YAG激光(如图1)。
而Er:
YAG激光和CO,激光的光线穿透性差,仅能穿透牙体组织约0.01毫米。
区别激光的重要特征之二是:
激光的强度(即功率),如在诊断学中应用的二极管激光,其强度仅为几个毫瓦特,它有时也可用在激光显示器上。
用于治疗的激光,通常是几个瓦特中等强度的激光。
激光对组织的作用,还取决于激光脉冲的发射方式,以典型的连续脉冲发射方式的激光有:
氩离子激光、二极管激光、CO2,激光;以短脉冲方式发射的激光有:
Er:
YAG激光或许多Nd:
YAG激光,短脉冲式的激光的强度(即功率)可以达到1,000瓦特或更高,这些强度高、吸光性也高的激光,只适用于清除硬组织。
激光在龋齿的诊断方面的应用
1.脱矿、浅龋
2.隐匿龋
激光在治疗方面的应用
1.切割
2.充填物的聚合,窝洞处理
(1)激光在美容界的用途越来越广泛。
激光是通过产生高能量,聚焦精确,具有一定穿透力的单色光,作用于人体组织而在局部产生高热量从而达到去除或破坏目标组织的目的,各种不同波长的脉冲激光可治疗各种血管性皮肤病及色素沉着,如太田痣、鲜红斑痣、雀斑、老年斑、毛细血管扩张等,以及去纹身、洗眼线、洗眉、治疗瘢痕等;而近年来一些新型的激光仪,高能超脉冲CO2激光,铒激光进行除皱、磨皮换肤、治疗打鼾,美白牙齿等等,取得了良好的疗效,为激光外科开辟越来越广阔的领域。
(2)激光手术有传统手术无法比拟的优越性。
首先激光手术不需要住院治疗,手术切口小,术中不出血,创伤轻,无瘢痕。
例如:
眼袋的治疗传统手术法存在着由于剥离范围广、术中出血多,术后愈合慢,易形成瘢痕等缺点,而应用高能超脉冲CO2激光仪治疗眼袋,则以它术中不出血,不需缝合,不影响正常工作,手术部位水肿轻,恢复快,无瘢痕等优点,令传统手术无法比拟。
而一些由于出血多而无法进行的内窥镜手术,则可由激光切割代替完成。
(注:
有一定的适应范围)
(3)激光在血管性皮肤病以及色素沉着的治疗中成效卓越。
使用脉冲染料激光治疗鲜红斑痣,疗效显著,对周围组织损伤小,几乎不落疤。
它的出现,成为鲜红斑痣治疗史上的一次革命,因为鲜红斑痣治疗史上,放射、冷冻、电灼、手术等方法,其瘢痕发生率均高,并常出现色素脱失或沉着。
激光治疗血管性皮肤病是利用含氧血红蛋白对一定波长的激光选择性的吸收,而导致血管组织的高度破坏,其具有高度精确性与安全性,不会影响周围邻近组织。
因此,激光治疗毛细血管扩张也是疗效显著。
此外,由于可变脉冲激光等相继问世,使得不满意纹身的去除,以及各类色素性皮肤病如太田痣,老年斑等的治疗得到了重大突破。
这类激光根据选择性光热效应理论,(即不同波长的激光可选择性地作用于不同颜色的皮肤损害),利用其强大的瞬间功率,高度集中的辐射能量及色素选择性,极短的脉宽,使激光能量集中作用于色素颗粒、将其直接汽化、击碎,通过淋巴组织排出体外,而不影响周围正常组织,并且以其疗效确切,安全可靠,无瘢痕,痛苦小而深入人心。
(4)激光外科开创了医学美容的新纪元。
高能超脉冲CO2激光磨皮换肤术开拓了美容外科的新技术。
它利用高能量,极短脉冲的激光,使老化、损伤的皮肤组织瞬间被汽化,不伤及周围组织,治疗过程中几乎不出血,并可精确的控制作用深度。
其效果得到国际医学整形美容界充分肯定,被誉为“开创了医学美容新纪元”;此外,更有高能超脉冲CO2激光仪治疗眼袋、打鼾、甚至激光美白牙齿等,以其安全精确的疗效,简便快捷的治疗在医学美容界创造了一个又一个奇迹。
激光美容使得医学美容向前迈进了一大步,并且赋于医学美容更新的内涵。
激光雷达(laserradar)是指用激光器作为辐射源的雷达。
激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。
由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。
发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。
激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。
激光雷达(laserradar)是指用激光器作为辐射源的雷达。
激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。
由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。
发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。
激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。
激光在电子工业中得到广泛应用。
可以用它来进行微型仪器的精密加工,可以对脆弱易碎的半导体材料进行精细的划片,也可以用来调整微型电阻的阻值。
随着激光器性能的改善和新型激光器的出现,激光在超大规模集成电路方面的应用已经成为许多其他工艺所无法取代的关键性技艺,为超大规模集成电路的发展展现出令人鼓舞的前景。
激光的出现引发了印刷工业中的一场革命。
现代社会中,信息的作用越来越重要。
谁掌握的信息越迅速、越准确、越丰富,谁也就更加掌握了主动权,也就有更多成功的机会。
因此在信息传播中,加快印刷速度,缩短出版周期也就有了相当重要的意义。
现在已经得到广泛应用的激光照排技术就是一项重大的革命。
激光照排是将文字通过计算机分解为点阵,然后控制激光在感光底片上扫描,用曝光点的点阵组成文字和图像。
现在我国已广泛应用的汉字排版技术就采用了激光照排,它比古老的铅字排版工效至少提高5倍。
激光大显身手的另一领域是医学。
在外科手术中它不仅可以作为激光刀使用,而且在眼科、牙科、皮肤科与整容各方面都有独到的应用。
激光刀的妙处在于它切割的同时也进行了灼烧,这恰好封闭血管防止其出血,也减少了感染的危险。
用激光对牙齿进行无痛钻孔和去牙蛀,使人们对以前望而生畏的牙科手术大感轻松。
相比以前的机械打孔,激光钻孔不仅不会产生大量的摩擦热,而且其所蒸发掉的只是被腐蚀处
的黑色牙区,不会对健康的牙组织产生影响,从而疼痛感会大大减轻。
激光在眼科上的应用是最令人叹为观止的。
激光可以焊接脱开的视网膜,封闭破漏的血管,彻底摧毁飘浮在眼中冻胶状液体中的微小的沙粒(使其气化)。
激光手术的优点是不需要切开眼睛就能完成手术,而且手术的疼痛感大为缓和。
对于目前的不治之症--癌症,激光也提供了有效的武器。
一方面,激光可以用作激光刀来切除肿瘤;另一方面,在癌症的早期诊断方面也卓有成效。
癌症的早期诊断对于其治疗有着决定性意义。
借助于激光能准确地确定肿瘤细胞和正常细胞,同时也提供了一个新的治疗途径。
借助于一些特殊的化学物质,采用激光化疗法,能使这些特殊物质在激光作用下杀死肿瘤细胞,从而达到治疗癌症的目的。
通讯设施是人类社会生活,尤其是现代社会生活必不可少的。
激光的发明使通讯进入一个新天地。
原来的电磁通讯技术容量小,保密性差,越来越不能满足社会发展的要求。
电话之父贝尔早在1880年就有过光电话的设想,但由于普通光受云、雨、雾所阻碍,实验失败了。
激光发明后,结合另一发明光导纤维,光通讯重获新生并得到迅速应用。
光导纤维的概念可以回溯到1870年。
英国科学家约翰·廷德尔使用有反射表面的管子,让光以曲折的“之”字形方式输送。
如果用玻璃管,那么从一端射入的光将会从另一端射出,即使玻璃管弯曲多次结果仍然不变。
其中奥妙在于光的全反射现象:
当光在玻璃管内以某种角度射向玻璃和空气的界面时会全部反射回玻璃内。
因此在光的传送过程中没有能量的损失,现代光导纤维应用了同样原理。
柔软的高纯度的玻璃纤维比头发丝还细,但却比同直径的钢丝强度还高。
光在光导纤维内沿之字形传播,因此光导纤维弯曲后也不影响其传播。
激光通讯与无线电通讯相比,激光通讯保密性好,在军事通讯中应用十分广泛。
另外,在空间通讯领域,选取不被大气吸收的波长的激光可以克服无线电通讯的一些局限。
可是由于激光光束在大气层里传播时会受到大气中微粒的吸收或散射,从而使激光通讯的距离受到限制。
这使得目前的激光通讯只能作为无线电通讯的一个有效补充,但还不能够取而代之。
激光测距仪是激光在军事上应用的起点。
60年代的越南战争和中东战争首先将其应用到火炮系统,大大提高了火炮射击精度。
雷达是二战中的产物,而激光雷达又给雷达发展指示新方向。
相比于无线电雷达,由于激光发散角小,方向性好,因此其测量精度大幅度提高。
由于同样的原因,激光雷达不存在“盲区”,因此尤其适宜于对导弹初始阶段的跟踪测量。
但由于大气的影响,激光雷达并不适宜在大范围内搜索,还只能作为无线电雷达的有力补足。
此外,还有精确的激光制导导弹,以及模拟战场上使用的激光武器技术运用。
在激光实战演习的战场上,酷似实际战争场面。
那里,炮声隆隆,硝烟弥漫,演习的双方互相射击,不时有伤员退出战场。
为什么会这样呢?
原因并不复杂。
像一支激光步枪,每发射一次就射出一束激光。
而演习双方战士的身上都有光电接收器和发声装置。
如果某束光射中一名士兵,则通过其随身的计算机分析会得出“死亡”、“受伤”和“丧失战斗能力”等结论,并同时发出声音和烟雾。
激光模拟实战演习大大节约了演习费用,而又逼真地表现了战争气氛,确保人员生命安全,因此广为各国军队欢迎。
激光从诞生到目前只有短短的一段历史,激光技术已经融入我们的日常生活之中了。
在未来的岁月中,激光会带给我们更多的奇迹。
赞同
赞同
激光精密打孔随着技术的进步,传统的打孔方法在许多场合已不能满足需求。
例如在坚硬的碳化钨合金上加工直径为几十微米的小孔;在硬而脆的红、蓝宝石上加工几百微米直径的深孔等,用常规的机械加工方法无法实现。
而激光束的瞬时功率密度高达108W/cm2,可在短时间内将材料加热到熔点或沸点,在上述材料上实现打孔。
与电子束、电解、电火花、和机械打孔相比,激光打孔质量好、重复精度高、通用性强、效率高、成本低及综合技术经济效益显著。
国外在激光精密打孔已经达到很高的水平。
瑞士某公司利用固体激光器给飞机涡轮叶片进行打孔,可以加工直径从20um到80um的微孔,并且其直径与深度之比可达1:
80。
激光束还可以在脆性材料如陶瓷上加工各种微小的异型孔如盲孔、方孔等,这是普通机械加工无法做到的。
激光精密切割与传统切割法相比,激光精密切割有很多优点。
例如,它能开出狭窄的切口、几乎没有切割残渣、热影响区小、切割噪声小,并可以节省材料15%~30%。
由于激光对被切割材料几乎不产生机械冲力和压力,故适宜于切割玻璃、陶瓷和半导体等既硬又脆的材料,加上激光光斑小、切缝窄,所以特别适宜于对细小部件作各种精密切割。
瑞士某公司利用固体激光器进行精密切割,其尺寸精度已经达到很高的水平。
激光精密切割的一个典型应用就是切割印刷电路板PCB(PrintdCircuitsBoards)中表面安装用模板(SMTstencil)。
传统的SMT模板加工方法是化学刻蚀法,其致命的缺点就是加工的极限尺寸不得小于板厚,并且化学刻蚀法工序繁杂、加工周期长、腐蚀介质污染环境。
采用激光加工,不仅可以克服这些缺点,而且能够对成品模板进行再加工,特别是加工精度及缝隙密度明显优于前者(见图6),制作费也由早期的远高于化学刻蚀到现在的略低于前者。
但由于用于激光加工的整套设备技术含量高,售价亦很高,目前仅美国、日本、德国等少数国家的几家公司能够生产整机。
一、常规激光加工技术的发展与应用
随着加工技术的创新和进步,目前常规激光加工的技术,如钻孔、切断、表面改性等,都有不同程度的进展。
(一)钻孔
早期激光钻孔采用定点冲击法:
即在一个位置上用脉冲激光束不停地加工,直至孔通。
这种加工方法,使加工的孔深和孔径均受到限制。
高重复频率YAG激光器进入实用阶段后,出现了旋切钻孔法(Trepanning),即用专用光学旋转头或数控自动生成圆轨迹进行激光套料加工。
这不仅消除了孔径限制,且由于有辅助吹气,加工区呈半敞开式,熔融物易排出,故孔表面质量好。
对于分布有大量相同规格小孔的零件,特别是回转体,当前又发展了飞行打孔法(Drillingonthefly),即激光对一个孔位加工一个脉冲后,不管孔是否打通,工件都利用光脉冲间隙快速运动(移动或转动)到下一个孔位,如此进行多次循环对同一位置多次冲击,直至完成所有孔的加工。
其优点是激光脉冲间隙的时间被用作零件孔的位移,可大大提高加工速度。
钻孔速度目前为每秒数10孔,预计可达每秒500孔(亚毫米孔径)。
技术的关键在于激光到达,工件必需运动到位,这对非均布孔来说有很大难度。
用CNC闭环控制系统控制,当孔加工速率更高时,为保证圆的孔形,在激光作用时间内,激光束必须与零件同步运动。
激光飞行打孔在航空零件加工中已得到了应用,环形燃烧室的冷却孔加工是典型的应用实例。
此外,高速飞机的机翼和发动机进气道的前沿,气流极易与翼表面分离,形成紊流增大而气动力损失,为此,设计了有吸气功能的层流翼(短舱)套,其表面是由1mm厚的钛合金板制成,上面分布了1200万至10亿个锥孔,外表面孔径0.06mm,内表面孔径为0.1mm,孔间距为0.3~1mm,层流翼套的小孔也是用飞行打孔法完成的。
对于微米量级孔径的筛孔,用准分子激光或调Q的YAG激光快速扫描加工(每秒可加工数千孔)可得到满意的结果。
(二)切割
激光切割近期仍以CO2激光为主,随着器件功率的加大,切割深度和速度都有大幅度提高。
为提高加工质量,采用高压吹气(压力达1.6~2.0MPa),用3.4kW的功率的CO2激光可切割5~6mm厚度的铝板,切口光滑,正、背面不留熔渣。
值得提出的是采用两束激光复合切割材料,能取得更低的能耗。
图1是两种激光复合切割的实验装置示意图。
试验表明,用CO(270W)激光与KrF(30W)激光复合切割,比单用一束CO(300W)激光切割碳钢可提高速度30%,切割厚度可增加40%以上。
(三)焊接
激光焊接在仪器仪表业中早有应用,近期研究方向主要集中在航空航天工业中的高温合金、钛合金和铝、镁等难焊接合金的加工;汽车工业中的大厚度、变厚度钢材的深穿透焊接方面。
大型客机发动机短舱的吊挂采用2.5kWCO2激光焊接技术;发动机的压缩机静子是由激光切割叶型孔后再用激光将叶片和外环焊在一起构成,用2kW连续输出的YAG激光设备加工,焊接速度达7m/min。
在汽车行业中,激光焊接所占比例已逐年上升,从车身面板同样材料的焊接发展到不同厚度和不同表面涂层的金属板件的焊接。
法国SCIAKY公司建立了一个6kW的CO2激光加工站,用分光镜将激光束分到12个工位同时进行点焊,5秒钟可焊一件,不仅节省了6~12个电阻点焊机器人,而且因减少搭接宽度使汽车重量减轻56kg。
激光焊接技术研究的前沿,一是大功率或超大功率焊接时,对出现的等离子体的控制,采用侧向吹气压缩法,将等离子云压在熔池形成的缝中来改善等离子云的屏蔽行为。
另一个动向是采用模糊逻辑的方法,对焊接过程进行智能控制,这对变厚度变参量的焊接过程具有重要意义。
二、激光领域加工方法的新进展
(一)激光快速成型
激光快速成型技术是激光技术与计算机技术相结合的一项高新制造技术,主要功能是将三维数据快速转化成实体,具有很大效益。
其基本原理是先在计算机中生成产品的CAD三维实体模型,再将它“切成”规定厚度的片层数据(变换成一系列二维图形数据),用激光切割或烧结办法将材料进行选区逐层叠加,最终形成实体模型。
成型原理如图2所示。
逐层叠加有以下几种方法:
1.液相树脂固化法(SL)。
材质是光敏树脂,紫外波段激光作平面选区扫描照射,使树脂按指定区域固化(悬空部分需设支撑)。
机床作下沉运动,使已成型部分浸没于液面之下。
这种方法的优点是零件表面光滑,变形小;缺点是强度低,树脂价高且保存期短。
2.选区烧结法(SLS)。
材质有石蜡、塑料、尼龙、陶瓷、包覆金属和裸金属等,均为粉末状态。
用50~100W的CO2激光器作烧结工具,激光束作二维选区扫描,使粉末“烧结”成型。
机床须具备送粉、铺粉、刮平及预热等功能。
这种方法价格便宜,精度较高(±0.1mm),可直接代替木模制砂型。
金属零件的快速制造,金属粉末烧结的关键是防氧化和热传导,一种方法是在金属粉末外涂覆粘合剂,用激光选区照射,粘合剂热溶粘接成型后,将零件由粉末中取出,再往缝隙中灌注金属最后制成零件。
另一种新研究的方法是用无涂覆的金属粉末直接烧结制造零件,如用铜、镍或铝粉,颗粒度在22.5~90μm间用600W的YAG激光烧结。
采用这种方法加工的零件材质会出现空隙,为改善空隙,也有采用选区激光直接喷涂叠加成型,原材料为粉状Inconel625,用3kW射频激励的CO2激光作光源。
3.叠层粘接法(LOM)。
材质是纸,经背面涂粘接剂等处理。
选用25~50W的CO2激光平面切割机构,机床完成纸带的送进铺平及滚压(粘接)等功能。
成型零件尺寸较大,强度较高,但精度较低,腔形零件腔内排废纸难,零件抗潮性差。
为此,采用后置表面涂覆环氧加铝粉处理,可大大提高纸质的耐温、耐潮湿变形和强度等性能。
快速成型零件还有几种不用激光作工具的方法,如三维打印(FDM)法,固基光敏液相掩模造模造型(SGC)法以及电弧或喷涂添加法等。
上述诸多快速成
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