激光快速成型（laser rapid prototyping：LRP）是將CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驅動和新材料等先進技術集成的一種全新製造技術。與(yu) 傳(chuan) 統製造方法相比，它具有原型的複製性、互換性高；製造工藝與(yu) 製造原型的幾何形狀無關(guan) ；加工周期短、成本低等優(you) 勢，一般製造費用降低50%，加工周期縮短70%以上；高度技術集成，實現設計製造一體(ti) 化。 

    近期發展的LPR主要有：立體(ti) 光造型(SLA) 技術；選擇性激光燒結(SLS) 技術；熔絲(si) 堆積成形（FDM）技術；激光熔覆成形（LCF）技術；激光近形（LENS）技術；激光薄片疊層製造(LOM）技術；激光誘發熱應力成形（LF）技術及三維印刷技術等。 

    立體(ti) 光造形(SLA)技術 

    SLA技術又稱光固化快速成形技術，其原理是計算機控製激光束對光敏樹脂為(wei) 原料的表麵進行逐點掃描，被掃描區域的樹脂薄層（約十分之幾毫米）產(chan) 生光聚合反應而固化，形成零件的一個(ge) 薄層。工作台下移一個(ge) 層厚的距離，以便固化好的樹脂表麵再敷上一層新的液態樹脂，進行下一層的掃描加工，如此反複，直到整個(ge) 原型製造完畢。由於(yu) 光聚合反應是基於(yu) 光的作用而不是基於(yu) 熱的作用，故在工作時隻需功率較低的激光源。此外，因為(wei) 沒有熱擴散，加上鏈式反應能夠很好地控製，能保證聚合反應不發生在激光點之外，因而加工精度高，表麵質量好，原材料的利用率接近100%，能製造形狀複雜、精細的零件，效率高。對於(yu) 尺寸較大的零件，則可采用先分塊成型，然後粘接的方法進行製作。

    美國、日本、德國、比利時等都投入了大量的人力、物力研究該技術，並不斷有新產(chan) 品問世。我國西安交通大學也研製成功了立體(ti) 光造型機LPS600a。目前，全世界有10多家工廠生產(chan) 該產(chan) 品。 

   ● 在汽車車身製造中的應用 SLA技術可製造出所需比例的精密鑄造模具，從(cong) 而澆鑄出一定比例的車身金屬模型，利用此金屬模型可進行風洞和碰撞等試驗，從(cong) 而完成對車身最終評價(jia) ，以決(jue) 定其設計是否合理。美國克萊斯勒公司已用SLA技術製成了車身模型，將其放在高速風洞中進行空氣動力學試驗分析，取得了令人滿意的效果，大大節約了試驗費用。 

   ● 用於(yu) 汽車發動機進氣管試驗。進氣管內(nei) 腔形狀是由十分複雜的自由曲麵構成的，它對提高進氣效率、燃燒過程有十分重要的影響。設計過程中，需要對不同的進氣管方案做氣道試驗，傳(chuan) 統的方法是用手工方法加工出由幾十個(ge) 截麵來描述的氣管木模或石膏模，再用砂模鑄造進氣管，加工中，木模工對圖紙的理解和本身的技術水平常導致零件與(yu) 設計意圖的偏離，有時這種誤差的影響是顯著的。使用數控加工雖然能較好地反映出設計意圖，但其準備時間長，特別是幾何形狀複雜時更是如此。英國rover公司使用快速成型技術生產(chan) 進氣管的外模及內(nei) 腔模，取得了令人滿意的效果。 

     以隨爾SLA業(ye) 務：專(zhuan) 利產(chan) 品《指紋考勤儀(yi) 》的研發過程為(wei) 例：

     經過計算，采用快速成型產(chan) 品開發技術，《指紋考勤儀(yi) 》產(chan) 品開發時間減少65%、開發成本降低30%。 

    選擇性激光燒結（SLS）技術 

    SLS技術與(yu) SLA技術很相似，隻是用粉末原料取代了液態光聚合物，並以一定的掃描速度和能量作用於(yu) 粉末材料。該技術具有原材料選擇廣泛、多餘(yu) 材料易於(yu) 清理、應用範圍廣等優(you) 點，適用於(yu) 原型及功能零件的製造。在成形過程中，激光工作參數以及粉末的特性和燒結氣氛是影響燒結成形質量的重要參數。 

    ● 在汽車模具製造中應用。美國德克薩斯州立大學研究的SLS技術，已由美國dtm公司商品化。目前該公司已研製出SLS2000係列第三代產(chan) 品。該係統能燒結蠟、聚碳酸酯、尼龍、金屬等各種材料。用該係統製造的鋼銅合金注塑模具，可注塑5萬(wan) 件工件。近年來基於(yu) RPM技術模具製造技術已從(cong) 最初的原型製造，發展到快速工模具製造，成為(wei) 國內(nei) 外應用研究開發的重點。基於(yu) RPM的模具製造方法可分為(wei) 直接製模法和間接製模法。 

    直接製模法是直接采用RPM技術製作模具，在RPM技術諸方法中能夠直接製作金屬模具的是SLS法。用這種方法製造的鋼製銅合金注射模，壽命可達5萬(wan) 件以上。但此法在燒結過程中材料發生較大收縮，精度難以控製。 

     間接製模法可分為(wei) ： 

    （1）、軟質簡易模具的製作。采用矽橡膠、金屬粉環氧樹脂粉和低熔點合金等將原型準確複製成模具，或對原型進行表麵處理，用金屬噴塗法或物理蒸發沉積法鍍上一層熔點較低的合金來製作模具。這些簡易模具的壽命為(wei) 50~5000件，由於(yu) 其製造成本低、周期短，特別適合於(yu) 產(chan) 品試製階段的小批量生產(chan) 。 

    （2）、鋼質模具的製作。將RPM技術與(yu) 精密鑄造技術相結合，可實現金屬模的快速製造。或者直接製造出複形精度較高的EDM電極，用於(yu) 注塑模、鍛模、壓鑄等鋼製模具型腔的加工。一個(ge) 中等大小、較為(wei) 複雜的電極一般4~8h即可完成，複形精度完全滿足工程要求。福特汽車公司用此技術製造汽車模具取得了滿意的效果。上海交通大學也已通過rp與(yu) 精密鑄造結合的方法為(wei) 汽車及汽車輪胎等行業(ye) 生產(chan) 進口替代模具計80餘(yu) 副。與(yu) 傳(chuan) 統機加工法相比，快速模具製造的製作成本及周期大大降低。我國每年需進口模具達8億(yi) 多美元，主要是複雜模具和精密模具，因此，SLS技術在未來的汽車模具製造業(ye) 中的應用前景十分廣闊。 

   ● 在汽車燈具製造上的應用。汽車燈具大多數的形狀是不規則的，曲麵複雜，模具製造難度很大。通過快速成型技術，可以很快得到精確的產(chan) 品試樣，為(wei) 模具設計CAD和CAM提供了有利的參考。同時，也可以通過快速成型技術，用熔模鑄造的方法快速、高精度地製造出燈具模具。 

    圖1為(wei) 某摩托車廠製作的250型雙缸摩托車汽缸頭。這是一款新設計的發動機，用戶需要10件樣品進行發動機的模擬實驗。該零件具有複雜的內(nei) 部結構，傳(chuan) 統機加工無法加工，隻能采用鑄造成型。整個(ge) 過程需經過開模、製芯、組模、澆鑄、噴砂和機加等工序，與(yu) 實際生產(chan) 過程相同。其中僅(jin) 開模一項就需三個(ge) 月時間。這對於(yu) 小批量的樣品製作無論在時間上還是成本上都是難以接受的。采用選擇性激光燒結技術，以精鑄熔模材料為(wei) 成型材料，在AFS成型機上僅(jin) 用5天即加工出該零件的10件鑄造熔模，再經熔模鑄造工藝，10天後得到了鑄造毛坯。經過必要的機加工，30天即完成了此款發動機的試製。

   熔絲(si) 堆積成型（FDM）技術 

   FDM的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、尼龍等，以絲(si) 狀供料。材料在噴頭內(nei) 被加熱熔化，噴頭沿零件截麵輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速固化，並與(yu) 周圍的材料粘結。 

1、FDM工藝不用激光，因此使用、維護簡單，成本較低。 

2、用蠟成形的零件原型，可以直接用於(yu) 失蠟鑄造。 

3、用ABS製造的原型因具有較高強度而在產(chan) 品設計、測試與(yu) 評估等方麵得到廣泛應用。 

4、 由於(yu) 以FDM工藝為(wei) 代表的熔融材料堆積成型具有一些顯著優(you) 點，該工藝發展極為(wei) 迅速。 

    激光熔覆成型（lcf）技術 

    lcf技術的工作原理與(yu) 其他快速成型技術基本相同，也是通過對工作台數控，實現激光束對粉末的掃描、熔覆，最終成型出所需形狀的零件。研究結果表明：零件切片方式、激光熔覆層厚度、激光器輸出功率、光斑大小、光強分布、掃描速度、掃描間隔、掃描方式、送粉裝置、送粉量及粉末顆粒的大小等因素均對成形零件的精度和強度有影響。 

    與(yu) 其他快速成型技術的區別在於(yu) ，激光熔覆成型能製成非常致密的金屬零件，其強度達到甚至超過常規鑄造或鍛造方法生產(chan) 的零件，因而具有良好的應用前景。 

    激光近形（LENS）技術 

    LENS技術是將SLS技術和LCF技術相結合，並保持了這兩(liang) 種技術的優(you) 點。選用的金屬粉末有三種形式： 

   （1）單一金屬； 

   （2）金屬加低熔點金屬粘結劑； 

    （3）金屬加有機粘結劑。由於(yu) 采用的是鋪粉方式，所以不管使用哪種形式的粉末，激光燒結後的金屬的密度較低、多孔隙、強度較低。要提高燒結零件強度，必須進行後處理，如浸滲樹脂、低熔點金屬，或進行熱等靜壓處理。但這些後處理會(hui) 改變金屬零件的精度。 

     激光薄片疊層製造（LOM）技術 

     LOM技術是一種常用來製作模具的新型快速成型技術。其原理是先用大功率激光束切割金屬薄片，然後將多層薄片疊加，並使其形狀逐漸發生變化，最終獲得所需原型的立體(ti) 幾何形狀。 

     LOM技術製作衝(chong) 模，其成本約比傳(chuan) 統方法節約1/2，生產(chan) 周期大大縮短。用來製作複合模、薄料模、級進模等，經濟效益也甚為(wei) 顯著。該技術在國外已經得到了廣泛的使用。 

     激光誘發熱應力成型（LF）技術 

    LF技術的原理是基於(yu) 金屬熱脹冷縮的特性，即對材料進行不均勻加熱，產(chan) 生預定的塑性變形。該技術具有下列特點： 

   （1）無模具成型：生產(chan) 周期短、柔性大，特別適合單件小批量或大型工件的生產(chan) ； 

   （2）無外力成型：材料變形的根源在於(yu) 其內(nei) 部的熱應力； 

   （3）非接觸式成型：成型精度高、無工模具磨損，可用於(yu) 精密件的製造； 

   （4）熱態累積成型：能夠成型常溫下的難變形材料或高硬化指數金屬，而且能夠產(chan) 生自冷硬化效果，使變形區材料的組織與(yu) 性能得以改善。 

    德國學者m.geiger及f.vollertsen等在激光成型與(yu) 其他加工方法的複合化加工等方麵進行了大量研究，目前該技術己被運用於(yu) 汽車覆蓋件的柔性校平和其他異形件的成型等。

                                                               作者：隨爾激光快速成型有限公司