為(wei) 滿足極端載荷工況,航空發動機、飛機等武器裝備大量采用結構-功能一體(ti) 化設計的複雜型腔構件,對傳(chuan) 統開模具以及去除式製造技術提出新挑戰。譬如,輕質點陣夾芯、空間曲麵多孔結構、封閉多流道等複雜構件采用傳(chuan) 統製造技術難以實現,而且研製任務重。如何實現新型航空設計的製造和打開其“設計束縛”的枷鎖,迫切需要根據3D數模無需模具、快速響應直接製造複雜結構件的增材製造技術。
根據材料在沉積時的不同狀態,金屬激光增材製造技術可以分為(wei) 二大類:第一類,金屬材料在沉積過程中實時送入熔池,這類技術以激光近淨成形製造(LENS)、金屬直接沉積(DMD)技術為(wei) 代表,由激光在沉積區域產(chan) 生熔池並高速移動,材料以粉末或絲(si) 狀直接送入高溫熔池,熔化後逐層沉積,稱之為(wei) 激光直接沉積增材成形技術,該技術隻能成形出毛坯,然後依靠數控加工達到其淨尺寸;第二類,金屬粉末在沉積前預先鋪粉,這類技術以金屬直接激光燒結(DMLS)、選區激光熔化(SLM)為(wei) 代表,粉末材料預先鋪展在沉積區域,其層厚一般為(wei) 20~100μm,利用高亮度激光按照預先規劃的掃描路徑軌跡逐層熔化金屬粉末,直接淨成形出零件,稱之為(wei) 激光精密增材成形技術。
激光精密增材成形技術原理,是一種基於(yu) 離散堆積成形思想的先進增材製造技術,無需模具,通過把零件3D模型沿一定方向離散成一係列有序的微米量級薄層,以激光為(wei) 熱源,根據每層輪廓信息逐層熔化金屬粉末,直接製造出任意複雜形狀的淨成形零件,特別適合曲麵型腔、懸空薄壁以及變截麵等複雜結構製造,無需數控加工,僅(jin) 需熱處理和表麵光整零件即可使用。該技術可解決(jue) 複雜金屬構件的難加工、周期長等技術瓶頸,可製造出傳(chuan) 統方法無法加工的複雜零件,具有大幅減少製造工序、縮短生產(chan) 周期、降低成本等特點。
激光精密增材成形技術的發展曆程從(cong) 低熔點非金屬粉末燒結、低熔點包覆高熔點粉末燒結、高熔點粉末直接熔化成形等階段。由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Carl R.Deckard在1986年最早申請專(zhuan) 利,1988年研製成功了第一台激光增材製造設備,由DTM公司將其商業(ye) 化,推出SLS Model125成形機,推出了Sintersation係列成形機。隨後德國、英國、中國等國家成立一批激光粉末燒結公司,推出各自的燒結設備。
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