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论文题目：

高能束直接制造金属零件的方法、难点及解决的方法

姓名：翟金良

学号：M201070325

班级：机硕1003

指导老师：张海鸥

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高能束直接制造金属零件的方法、难点及解决的方法

摘要：快速成形方法是基于平面离散/堆积的新颖成形方法。这个生产方法具有

高柔性、短周期、低成本、市场响应快等特点。伴随着对快速成型要求的提高，

快速成型的方式也发生了很大的变化，由原来的光固化成形(SLA)依次发展为纸

叠层成(LOM)、选择性激光烧结成形(SLS)、熔丝沉积成形(FDM)。本文主要介绍

高能束直接制造金属零件的方法以及存在的问题，将以选择性激光烧结(SLS)

为例阐明，并对高能束的发展方向和趋势进行综述。

关键词：高能束；残余应力；表面处理；表面反射；金属粉末浪费；

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高能束直接成型技术是一种增材快速成形与制造技术，它在高形状复杂度、

高功能复杂度零件的制造方面独具特色，被认为是现代制造技术发展史上的一个

里程碑，并正向高功能、高性能材料零件直接制造方向发展,对制造业产生着深

远的影响。其中，金属零件的直接快速制造需求范围最广，也是其主要发展方向

之一。目前主要有采用激光束、电子束、等离子束的高能三束该技术可直接由零

件CAD模型，完成难加工复杂形状金属零件的快速成形，还可根据零件不同部

位的工作条件与特殊性能要求实现梯度功能材料零件的快速成形。因此，这是一

种零件结构与材料设计、新材料制备、成形、加工一体化的创形创质并行的短流

程、数字化制造技术，代表着先进制造技术的发展方向。本文将以选择性激光

烧结(SLS)来说明快速成型的方法和难点以及存在的问题。

1.选择性激光烧结(SLS)

1.1选择性激光烧结(SLS)的定义

SLS采用CO2激光器，使用的材料一般为粉末状。先在工作台上均匀地铺上

一层很薄的热敏粉末，辅助加热装置将其加热到熔点以下的温度，在这个均匀的

粉末面上，激光在计算机的控制下按照设计零件第一层的信息进行有选择性的烧

结，被烧结部分固化在一起构成原型零件实心部分。一层完成后再进行下一层烧

结并与上层粘结，逐层全部烧结完后，去除多余粉末便得到零件。硬件设备包括

激光器、数控系统及工作台、送粉系统、光路系统、水冷系统、保护气系统和在

线控制所涉及的数据采集装置,软件系统包括制造零件成形软件、数据通讯和在

线控制软件。如图（1）。

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图（1）激光直接制造技术

1.2选择性激光烧结(SLS)的重要部件

1.2.1激光源

激光作为光源或者是热源，是激光制造中的光具，其质量影响这制造的结

果。金属零件的有效实现依赖于激光发生器发出的激光的几个特性[1]。

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A、光强必须达到10W每平方厘米以上的功率强度；

B、光束模式需要近似于基模；

C、激光束的波长必须与材料吸收相匹配，避免高反射，实现材料的有效成型。

D、根据理论计算，激光器的功率应尽可能大；

1.2.2送粉系统

送粉机器根据送粉机理可分为：自重式或者气动式。气动式送粉器具有较

大的柔性，是比较好的一个系统。一般经过气流喷出的粉末束的形状和粉末的落

点无法得到控制，更无法配合光束的形状，因此很难保证融覆层的均匀性，且粉

末浪费严重。均匀分粉装置的作用是将送粉器送来的一路气体一路粉末流均匀的

分成四路或者是八路供给同轴送粉头，以保证同轴送粉头内粉末均匀分布。如图

（2）。

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图（2）同轴送粉头

2.存在的问题及解决方法

2.1残余应力

2.1.1残余应力产生的原因及机理

激光快速加热使成形件具有细小、致密的组织和优异的综合性能；但另一方面，

局部热输入造成的不均匀温度场必然引起局部热效应，表现在熔池在凝固及