基于粉末材料快速成形的复杂零件与模具快速制造技术.pdfVIP

快速成形技术 基于粉末材料快速成形的复杂零件和模具快速制造技术+ 华中科技大学 史玉升黄树槐蔡道生张李超刘洁沈其文 摘要：介绍了华中科技大学在基于粉末材料快速成形的复杂零件和模具快速制造技术及应用方面 的一些必威体育精装版研究成果，主要包括选择性激光烧结(Selectivelaser sintering，SLS)设备、材料、软 件、工艺、应用及其配套技术。另外，还介绍了粉末材料快速成形的必威体育精装版发展成果 ——选择性激光熔化(Selectivelaser Melting，SLM)技术及其目前的应用领域。采用上述研究成 果，可以在无需任何工装夹具的前提下，快速制造出满足不同用途的复杂零件和模具。和传统方 法相比，新产品的开发时间和成本大幅度降低，特别是能够制造出传统工艺无法加工的复杂异型 零件和模具。 关键词：粉末材料激光快速成形，选择性激光烧结(SLS)，选择性激光熔化(SLM)，复杂零件 和模具 1引言 粉末材料激光快速成形技术应用分层制造思想，用粉末将CAD模型转换为零件，不受零 件形状复杂程度的限制，无需任何工装模具。它可以划分为很多种工艺，本文主要介绍华中科技 laser 大学模具国家重点实验室快速制造中心研究和开发的选择性激光烧结(Selective sintering， laser SLS)技术和选择性激光熔化(Selective Melting，SLM)技术。 高分子、陶瓷、金属、覆膜砂、生物和它们的复合粉末等都可作为SLS材料。由于成形材料 广泛，特别是能直接制造金属及其复合材料的零件膜具，成为目前所有快速成形方法中最具发展 前景的技术。第一台SLS系统于1992年由美国DTM公司(现已并入美国3D systems公司)推 出，采用双缸下送粉方式，随后又发展了若干代产品，但存在如下问题：(1)SLS系统十分昂贵， 送粉时间长，工作效率低，且由于大工作范围内的预热温度场难以控制，工艺软件不完善，制件 翘曲变形大，故工作台面积比较小，无法直接制作大尺寸零件；(2)SLS材料品种有限，制备过 程复杂，成本高，且其成分和制备方法必威体育官网网址，只售给购买其SLS系统者；(3)基于SLS技术的 塑料零件、金属零件／模具、金属铸件的制造工艺成本高，其中SLS熔模精密铸造技术和我国的 传统工艺难以结合。我国少数实力雄厚的企业，花巨资从国外引进，因上述问题导致设备利用率 低，甚至搁置不用。只有解决以上问题，研发出可靠性和技术指标达到国际先进水平、价格低廉、 具有自主知识产权的SLS系统、成形材料和配套的工艺路线，才能在我国推广这项技术。为此， 华中科技大学模具国家重点实验室快速制造中心从1998年开始，主要从高性能、高可靠、低成 本SLS主机及其软件，适合不同用途的低成本SLS材料及其制备方法，塑料零件、金属零件、 具有随形冷却流道的模具和铸件的快速制造：工艺等方面进行系统研究，并在技术上取得创新和突 +湖北省自然科学基金创新群体项目(项目编号：2004ABC001)资助 先进制造技术与航空工业高层论坛 破，最终目标是形成适合我国国情的高性能、高可靠、低成本成套SLS快速制造体系，并在我国 推广应用，以提高我国企业新产品的开发速度和参与国际竞争的能力。 SLS方法在成形高分子、陶瓷、覆膜砂、生物等粉末材料时，具有很多优点。但在成形金 属零件和模具时，其成形具有致密度低、机械性能差和精度差等缺陷，需要通过渗金属等复杂的 后处理工艺才能使用。因此，近年来，在SLS快速成形技术的基础上，形成了一种新的SLM快 速成形技术，它可以采用小功率激光器直接快速制造致密度可达100％、精度达±0。Imm的各种复 杂金属