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1、第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-1激光快速制造的原理激光快速制造的原理8/9/20241材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-2激光快速制造的离散激光快速制造的离散/堆积过程堆积过程8/9/20242材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术 (a) 传统加工传统加工 (b)快速成型快速成型 图图9-3激光快速制造过程激光快速制造过程8/9/20243材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术 图图9-4 与与He-Cd激光器有关的能级图激光器有关的能级图1636nm；2635.5nm
2、；3537.8nm；4533.7nm；5325nm；6441.6nm8/9/20244材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术 图图9-5 氩离子激光器的结构氩离子激光器的结构1反射镜；反射镜；2出水口；出水口；3气旁路管；气旁路管；4阴极；阴极；5进水口；进水口；6水冷套管；水冷套管；7放电管；放电管；8线圈；线圈；9阳极；阳极；10步儒斯特窗步儒斯特窗8/9/20245材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-6 Ar+能级图能级图图图9-7 CO2分子能级图分子能级图8/9/20246材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快
3、速成形技术激光快速成形技术 图图9-8 封离型封离型CO2激光器的结构激光器的结构1-反射镜；反射镜；2-水冷套管；水冷套管；3-出水口；出水口；4-电极；电极；5-放电管；放电管；6-进水口进水口8/9/20247材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-9 激光立体印刷成形原理图激光立体印刷成形原理图8/9/20248材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-10分层实体制造成形原理图分层实体制造成形原理图8/9/20249材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-11 无轮廓区切割成小方
4、网格无轮廓区切割成小方网格8/9/202410材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-12 选择性激光烧结成形原理图选择性激光烧结成形原理图8/9/202411材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术 图图9-13 激光熔覆快速成形原理图激光熔覆快速成形原理图8/9/202412材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-14 激光热应力成形原理图激光热应力成形原理图8/9/202413材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-15双缸摩托车汽缸盖样件双缸摩托车汽缸
5、盖样件8/9/202414材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-16快速技术生产的发动机蜡模快速技术生产的发动机蜡模 图图9-17快速技术生产的发动机零件快速技术生产的发动机零件8/9/202415材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-18 从从CT数据到骨骼数据到骨骼3D数值模数值模图图9-19 LRP模型帮助手术计划模型帮助手术计划8/9/202416材料成型及控制工程教研组第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术图图9-20应用应用LRP模型设计植入体模型设计植入体8/9/202417材料成型及控制工程教研组
6、第第9章章 激光快速成形技术激光快速成形技术 (a)下颌骨模型下颌骨模型 (b)人鼻假体原型人鼻假体原型 图图9-21 赝复体原型蜡模赝复体原型蜡模8/9/202418材料成型及控制工程教研组表表9-1 各种成形方法的比各种成形方法的比较较项目项目去除成形去除成形受迫成形受迫成形添加成形添加成形材料利用率材料利用率产生切屑，材料利产生切屑，材料利用率低用率低产生工艺废料，如产生工艺废料，如浇冒口、飞边等浇冒口、飞边等材料利用率高，大材料利用率高，大多数工多数工艺艺可达可达100产品精度与性能产品精度与性能通常为最终成形，通常为最终成形，精度高精度高多用于毛坯制造，多用于毛坯制造，属静成形或近成
7、形属静成形或近成形范畴范畴属静成形范畴，精属静成形范畴，精度较好度较好制造零件的复杂程制造零件的复杂程度度受刀具或模具等形受刀具或模具等形状限制，无法制造状限制，无法制造太复杂的曲面和异太复杂的曲面和异形深空等形深空等受模具等工具的形受模具等工具的形状限制，无法制造状限制，无法制造太复杂的曲面太复杂的曲面可制造任意复杂形可制造任意复杂形状的零件状的零件8/9/202419材料成型及控制工程教研组表表9-2 常用的激光快速成型材料分常用的激光快速成型材料分类类材料形态材料形态液态液态固态粉末固态粉末固态片材固态片材非金属非金属金属金属材料名称材料名称光固化树脂光固化树脂蜡粉蜡粉尼龙粉尼龙粉塑料粉
8、塑料粉陶瓷粉陶瓷粉覆膜砂粉覆膜砂粉等等金属粉金属粉覆膜金属粉覆膜金属粉纸纸塑料塑料+粘粘结剂结剂陶瓷箔陶瓷箔+粘粘结剂结剂金属箔金属箔+粘粘结剂结剂等等成型方法成型方法SLASLSLOMSLS8/9/202420材料成型及控制工程教研组表表9-3 KINERGY公司生公司生产产的的纸纸基卷材基卷材性性 能能型号型号 K01K02K03宽宽度度/mm300900300900300900厚度厚度/mm0.120.110.09粘粘结结温度温度/210250250成型后的颜色成型后的颜色浅灰浅灰浅黄浅黄黑黑成型过程翘曲变形成型过程翘曲变形很小很小稍大稍大小小成型件表面硬度成型件表面硬度高高较高较高很高
9、很高成型件耐温性成型件耐温性好好好好很好（很好（200）成型件表面抛光性成型件表面抛光性好好好好很好很好成型件表面光亮度成型件表面光亮度好好很好（很好（类类似塑料似塑料)好好成型件弹性成型件弹性一般一般好（好（类类似塑料似塑料)一般一般废料分离性废料分离性好好好好好好价格价格较低较低较低较低较高较高8/9/202421材料成型及控制工程教研组表表9-4 LRP技技术术制作模具与制作模具与传统传统机加工制模机加工制模的比的比较较制作方法制作方法制作成本制作成本/美元美元制作周期制作周期/周周模具寿命模具寿命/件件硅橡胶浇注法硅橡胶浇注法5230金属树脂浇注法金属树脂浇注法945300电弧热喷涂法
10、电弧热喷涂法25671000镍蒸发沉积法镍蒸发沉积法30675000传统机加工制模法传统机加工制模法6016182500008/9/202422材料成型及控制工程教研组表表9-5模型肖氏硬度比模型肖氏硬度比较较（5次平均）及次平均）及强强度比度比较较试料试料硬度硬度/HS强强度度/MPaLOM模型垂直于模型垂直于纸纸面面4566LOM模型平行于模型平行于纸纸面面17-铝模铝模40-杉木模杉木模30-柳木模柳木模25-光造型树脂光造型树脂-3.0608/9/202423材料成型及控制工程教研组表表9-6 主要激光快速成型技主要激光快速成型技术术用于制造用于制造铸铸造模的造模的优优缺点缺点对对比比
11、方法方法SLALOMSLS材料材料丙烯酸丙烯酸纸纸丙烯酸、聚碳酸酯丙烯酸、聚碳酸酯熔模铸造适应性熔模铸造适应性中等中等/好好好好好好铸造方法铸造方法作砂型作砂型/型壳型壳作砂型作砂型/型壳型壳作砂型作砂型/型壳型壳烧熔前膨胀性烧熔前膨胀性高高低低高高/中等中等烧熔时间烧熔时间中等中等/快快慢慢慢慢/快快烧熔后残留物烧熔后残留物低低高高中等中等/低低铸件表面粗糙度铸件表面粗糙度低低一般一般低低/一般一般8/9/202424材料成型及控制工程教研组表表9-7几种激光快速制模方法的有关参数几种激光快速制模方法的有关参数制模方法制模方法开发单位开发单位使用材料使用材料尺寸规格尺寸规格尺寸精度尺寸精度表
12、面粗糙表面粗糙表面硬度表面硬度LENSSandia National Lab304、316不不锈锈钢钢、铁镍铁镍合金、合金、H13工具工具钢钢、碳化物金属陶碳化物金属陶瓷等瓷等小小0.5mm略高于铸造精度略高于铸造精度59.3HRCRapidToolDTM低碳钢、铜低碳钢、铜中、小中、小0.25mm75HRB3DPMIT聚合物、金属聚合物、金属或陶瓷粉末或陶瓷粉末中、小中、小0.5%、1%与铸造精度相当与铸造精度相当30HRBNCCCEMCOM镍镍中、小中、小0.13mm0.1m65HRBKeltool3D SystemsA6工具工具钢钢、不、不锈钢锈钢、碳化、碳化钨钨等等中、小中、小0.1%热处热处理后理后4850HRCRSPIdaho National Engineering LabP20、H13、D2 工具工具钢钢大、中大、中0.1%0.2%与与EDM精度相精度相当当时时效效处处理后理后6164HRCHRST东京大学、华东京大学、华中理工大学中理工大学不锈钢、碳化不锈钢、碳化物、合金等不物、合金等不限限大、中、小大、中、小0.04%0.2m700HV8/9/202425材料成型及控制工程教研组
