第九章_基于快速原型的钢质硬模快速制造技术.ppt

KeltoolTM法快速制模技术 RapidToolTM法快速制模技术 DirectToolTM法快速制模技术 激光近成型技术 ExpressToolTM法快速制模技术 1 3 5 2 4 第九章 基于快速原型的钢制硬模快速制造技术 第四节 激光近成型技术 激光近成型技术（Laser Engineered Net Shaping, LENSTM）是将激光熔覆技术和快速原型及制造技术相结合的一种先进的制造技术。该技术由美国圣地亚国家实验室研究开发，其成型系统主要由激光能源系统、金属粉送进系统和惰性环境保护系统组成。 LENSTM激光近成型技术基于一般快速原型原理，首先是在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后将该模型按照一定的厚度分层“切片”，即将零件的三维数据信息转换成一系列的二维轮廓信息，再由金属粉送进系统向被激光热能熔化了的在垫板上形成的金属熔池喷射金属粉，按照二维轮廓轨迹在沉积垫板上逐层堆积金属粉末材料，光斑离开后金属粉末凝固成型，最终形成致密的三维金属模件。 成型垫板在X-Y平面内受三维CAD模型的切片轮廓数据控制而运动，而Z向运动是由激光束及送粉机构的共同运动形成的。其中X-Y平面的成型精度为0.05mm，Z向成型精度为0.5mm。 4.1 激光近成型技术基本原理 　 图9-12 LENSTM激光近成型技术成型示意图 第四节 激光近成型技术 　 LENSTM激光近成型技术较传统的切削加工技术的主要优势为： ① 加工成本低，没有前后的加工处理工序； ② 所选熔覆材料广泛，且可以使模具有更长的使用寿命； ③ 几乎是一次近成形，材料利用率高； ④ 准确定位且面积较小的激光热加工区以及熔池可以得以快速冷却，是 LENSTM激光近成型系统最大的特点，一方面可以减少对工作底层的影响，另一方面可以保证所成型的部分有精细的微观组织结构，成型件致密，保证有足够好的强度和韧性。 该工艺和激光焊接及激光表面喷涂相似，成型要在由氩气保护的密闭仓中进行。保护气氛系统是为了防止金属粉末在激光成型中发生氧化，降低沉积层的表面张力，提高层与层之间的浸润性，同时有利于提高工作环境的安全。 第四节 激光近成型技术 4.2 激光近成型技术特点 图9-13所示为某型号LENSTM成型系统设备，图9-14为其中四个金属粉喷嘴喷射金属粉且被激光进行熔化的工作现场。该设备采用5KW的HLJ-4工业用横流CO2激光器为能量源，JGXK-1型激光功率显示控制仪控制激光功率，离焦量可调；送粉系统为DPSF-3型送粉器，侧向送粉，倾斜角度约为40°，喷嘴内径Φ2.2mm，送粉量可调。目前已经商品化的激光近成型系统主要有FS-Realizer SLM、Lens 750及Lens 850等，其主要性能指标如表9-3所示。 4.3 激光近成型技术制模设备及应用 图 9-14 激光熔化金属粉形成熔池 图 9-13 某型号LENSTM成型系统设备 第四节 激光近成型技术 FS-Realizer SLM Lens 750 Lens 850 制造商 FS Stereolithographietechnik Optomec 成型空间/inch 63.0×31.5×70.9 52×41×82 44×48×82 设备重量/lbs. 1760 2500 3500 功率/kW 3 20（500W激光器） 40（1000W激光器） 成型室温度/℃ 20-25 10-40 10-40 相对湿度/% 45 30-90 30-90 水平轮廓精度/inch 0.002 0.002 0.002 水平重复精度/inch 0.00008 0.002 0.002 Z向轮廓精度/inch ±0.002 0.02 0.02 Z向重复精度/inch ±0.002 0.02 0.02 模型最大尺寸/inch 9.8×9.8×9.8 12×12×12 18×18×42 表9-3 部分激光激光近成型系统主要性能指标 第四节 激光近成型技术 目前LENSTM激光近成型工艺可以成型的材料主要有316不锈钢、镍基耐热合金Inconel625、H13工具钢、钛和钨。 LENSTM激光近成型工艺一般用来制造高密度的铸模，图9-15是通过LENSTM制造的一些铸模。另外LENSTM工艺也可以对一些金属物件进行修补，例如修补飞机的喷射叶片，可以利用激光将金属粉末喷涂在叶片损坏的地方。 图 9-15 LENSTM工艺制造的铸模 第四节 激光近成型技术 KeltoolTM法