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激光烧结快速成型制造技术原理与工艺干簧管

2022年09月19日

激光烧结—快速成型制造技术原理与工艺

激光烧结—快速成型制造技术原理与工艺 2011：激光选区烧结（SLS----Selective Laser Sintering）又称选域激光烧结、粉末材料选择性烧结等。是借助精确引导的激光束使材料粉末烧结或熔融后凝固形成三维原型或制件。

1）工艺原理

激光选区烧结工艺原理（见图3-8）。其工艺过程主要由两个过程组成。

a信息过程 ― 离散处理。在计算机上建模的 CAD 三维立体造型零件，或通过逆向工程得到的三维实体图形文件．将其转换成 STL 文件格式。再用一离散（切片）软件从 STL 文件离散出一系列给定厚度的有序片层。或者直接从 CAD 文件进行切片。这些离散的片层按次序累积起来仍是所设计的零件实体形状。然后，将上述的离散（切片）数据传递到成型机中去，成型机中的扫描器在计算机信息的控制下逐层进行扫描烧结。

b物理过程 ― 叠加成型。成型系统的主体结构是在一个封闭的成型室中安装两个缸体活塞机构，一个用于供粉，另一个用于成型。成型过程开始前，用红外线板将粉末材料加热至恰好低于烧结点的某一温度。成型开始时，供粉缸内活塞上移一给定量，铺粉滚筒将粉料均匀地铺在成型缸加工表面上，激光束在计算机的控制下以给定的速度和能量对第一层信息进行扫描。激光束扫过之处粉末被烧结固化为给定厚度的片层，未烧结的粉末被用来作为支撑，这样零件的第一层便制作出来。这时，成型缸活塞下移一给定量，供料虹活塞上移，铺粉滚简再次铺粉，激光束再按第二层信息进行扫描，所形成的第二片层同时也被烧结固化在第一层上，如此逐层叠加，一个三维实体零件就制作出来了。这种工艺与立休印刷成型（ SLA ）基本相同，只是将 SLA 的液态树脂换成在激光照射下可以烧结的粉末材料，并由个温度控制单元优化的辊子铺平材料以保证粉末的流动性，同时控制工作腔热量使粉末牢固粘结。

2）系统组成

激光选区烧结决速成型系统一般由主机、控制系统和冷却器三部分组成

主机

主机主要由成型工作缸、废料桶、铺粉辊装置、送料工作缸、激光器、振镜式动态聚焦扫描系统、加热装置、机身与机壳等组成。

a成型工作缸。在缸中完成零件加工，工作缸每次下降的距离即为层厚。零件加工完后，缸升起，以便取出制件和为下一次加工作准备。工作缸的升降由电动机通过滚珠丝杆驱动 2 ）废料桶。回收铺粉时溢出的粉末材料。

b铺粉辊装置。包括铺粉辊及其驱动系统。其作用是把粉末材料均匀地铺平在工作缸上。 4 ）送料工作缸。提供烧结所需的粉末材料。

c激光器。提供烧结粉末材料所需的能源。目前用于固态粉末烧结的激光器主要有两种， CO2激光器和 Nd : YAG 激光器。CO2激光器的波长为 10.6UM，Nd : YAG 激光器的波长为1.06um 。对于常用的陶瓷、金属和塑料等三种主要的固态粉末来说，选用何种激光器取决于固态粉末材料对激光束的吸收情况。一般金属和陶瓷粉末的烧结选用 Nd : YAG 激光器，而塑料粉末的烧结采用 CO2激光器。

d振镜式动态聚蕉扫描系统。振镜式动态聚焦扫描系统由XY扫描头和动态聚焦模块组成。 XY 扫描头上的两个镜子在伺服电动机的控制下，把激光束反射到工作面预定的 X 、 Y 坐标点上。动态聚焦模块通过伺服电动机调节 Z 方向的焦距，使反射到 X 、 Y 任意坐标点上的激光束始终聚焦在同一平面上。动态聚焦扫描系统和激光器的控制始终是同步的。

e加热装置。加热装置给送料装置和工作缸中的粉末提供预加热，以减少激光能量的消耗和零件烧结过程中的翘曲变形。