發布日期：2022-10-09 點擊率：45
自1960年第一臺激光器問世以來，激光技術的研究及其在各個領域的應用得到了迅速的發展。與傳統加工方法相比，激光加工技術具有高相干性、高方向性和高亮度已經廣泛應用于工業、軍事、科學研究及日常生活中，尤其是近20年來，激光制造技 術已經滲入到諸多高新技術領域和產業，其中最突出的是，最近十多年來發達國家推出的集精密機械、計算機、數控、激光、新材料于一體的全新制造技術——快速成形技術(又稱3D打印技術)，應用這種技術開發的設備——快速制造系統，近年以40%以上的高增速發展。
激光快速成型技術概述
激光快速制造技術(LRMT)又稱激光 快速成形技術或激光3D打印技術，是一種借助計算機輔助設計，或用實體反求方法采集得到有關原型或零件的幾何形狀、結構和材料的組合信息，從而獲得目標原型的概念并以此建立數字化描述模型，之后將這些信息又輸到計算機控制的光、機、電集成的激光快速成形制造系統，利用激光為工具，通過逐點、逐面進行材料的“三維堆砌”成形，再經過必要的處理，使其在外觀、強度和性能等方面達到設計要求，達到快速、準確地制造原型或實際零件、部件，而無需傳統的機械加工機床和模具的技術。
從廣義的范疇來說，快速成形屬于添加成形;而從狹義的角度來講，快速成形應該屬于離散/堆積成形，即依照計算機上構成零件三維設計模型，利用快速成形機對其進行分層切片，得到各層截面的二維輪廓圖，并按照這些輪廓圖逐步順序疊加成所要成形的實體。
激光快速制造的全過程可以歸納為以下三個步驟： 前處理 它包括零件三維模型的構建、三維模型的近似處理、模型成形方向的選擇和三維模型的切片處理、拋光和表面強化處理等。 分層疊加自由成形 根據切片處理的截面輪廓，在計算機控制下，相應的成形頭(激光頭或噴頭)按各自截面輪廓信息做掃描運動，在工作臺上一層一層的堆積材料，然后將各層相黏結，最終得到原型產品。
后處理
從成形系統里取出成形件，進行剝離、后固化、修補、打磨、拋光、涂掛，或放在高溫爐中進行最后的燒結，進一步提高其強度。目前激光快速制造技術的研究，根據對象和功能的不同，可分成兩大類，即快速原型制造和金屬零件快速直接制造技術。
激光快速制造技術是近年來增長最快的工業領域之一。相對于傳統的制造加工過程，按照零件的復雜程度和采用的方法不同，往往需要幾周甚至幾個月的加工時間。基于計算機對物體幾何形狀、結構與連接狀態的描述，激光快速制造技術的制造時間從幾個小時到幾十個小時便可完成。可以預見，激光快速制造技術將對當今材料的生產、加工過程和制造工程產生重要的影響。
激光快速成型技術的研究
近幾年基于激光技術的快速制造技術(LRPT)處在飛速發展之中，呈現三個特 點：一是新的激光快速制造工藝不斷涌現; 二是配套硬件和軟件不斷完善;三是應用領 域日益拓寬。近期發展的LPRT技術主要有立體光 造型(SLA)技術、選擇性激光燒結(SLS) 技術、激光薄片疊層制造(LOM)技術、激 光熔覆成形(LCF)技術、激光近成形 (LENS)技術、直接光學制造(DLF)技 術、金屬激光燒結工藝(DMLS)及形狀沉 積制造(SDM)技術。下面簡要介紹幾種主要激光快速成形 技術的概況。
2.1激光立體印刷成型技術
激光立體印刷成形(Stereo Lithography Apparatus，SLA)又稱光敏液 相固化、立體光刻、立體造型等，是一種最 早出現的快速成形方法，也是目前世界上研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的的一種快速成形方法。該技術以光敏樹脂(如丙烯基樹脂)為原料，采用計算機控制下的紫外激光以預定 原型各分層截面的輪廓信息為軌跡逐點掃描，使被掃描區的樹脂薄層產生光聚合反應 后固化，從而形成一個薄層截面。當一層固化后，向下(或向上)移動工作臺，在剛剛 固化的樹脂表面布放一層新的液態樹脂，再 進行新一層掃描、固化。新固化的一層牢固的黏合在前一層上，如此重復至整個原型制造完畢。制造過程依賴于激光束有選擇性地 固化連續薄層的光敏聚合物，通過分層固化，最終構造出三維物體。
其成型設備又稱“立體平版印刷設備”，是最早出現的一種商品化的快速成形機，它由液槽、可 升降工作臺、激光器、掃描系統和計算機控 制系統等組成。其中，液槽中盛滿液態光敏 聚合物(通常20~200L)。帶有許多小孔洞 的可升降工作臺在步進電機的驅動下能沿 高度Z方向作往復運動。激光器為紫外(UV)激光器，如氦鎘(He-Cd)激光器、氬離子(Ar)激光器和固態激光器，其功率一般為10至200mW，波長為320至370um(處在中紫外至近紫外波段)。掃描系統為一組定位鏡，它能根據控制系統的指令，按照每一截面輪廓的要求作高速往復擺動，從而使激光器發出的激光束反射并聚焦于液槽中液態光敏聚合物的上表面，并沿此面作X-Y方向的掃描運動(如圖2所示)。在這一層受到紫外激光束照射的部位，液態光敏聚合物快速固化，形成相應的一層固態截面輪廓。 SLA成形時，激光束按數控指令掃描，可升降工作臺的上表面處于液面下一個截面層厚的高度(通常為0.125至0.75mm)，該層液態光敏聚合物被激光束掃描發生聚合反應而固化，并形成所需第一層固態截面輪廓后，工作臺下降一層高度，液槽中的液態光敏聚合物流過已固化的截面輪廓層，刮刀按照設定的層高作往復運動，刮去多余的聚合物，再對新鋪上的這一層液態聚合物進行掃描固化，形成第二層所需固態截面輪廓，新固化的一層能牢固的黏結在前一層上，如此重復直到整個制作成形完畢，得到一個三維實體原型。
1988年，美國3DSystem公司率先生產了世界上第一臺SLA250型液態光敏樹脂選擇性激光固化快速造型機，其最近推出的辦公室用桌面3D打印機CubePro及Cube Pro，更是將3D打印技術進一步推向民用。此外，目前世界上從事該技術研究的還有EOS公司、MEC公司及日本三菱公司下屬的CMET公司等。近年來，3D System公司又采用了一種稱之為Zephyer Recoating System的新技術，該技術是在每一成形層上，用一種真空吸附式刮板在該層上涂一層0.05~0.1mm的待固化樹脂，使成形時間平均縮短20%。
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 索爾維全系列Solef?PV
