探秘中国激光精密增材成形(3D打印)技术原理

激光精密增材成形技术的发展历程从低熔点非金属粉末烧结、低熔点包覆高熔点粉末烧结、高熔点粉末直接熔化成形等阶段。由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl R.Deckard在1986年最早申请专利，1988年研制成功了第一台激光增材制造设备，由DTM公司将其商业化，推出SLS Model125成形机，推出了Sintersation系列成形机。随后德国、英国、中国等国家成立一批激光粉末烧结公司，推出各自的烧结设备。

21世纪之前，激光精密增材成形主要用于蜡模、砂模等制造，为精密铸造提供模型；为成形金属零件，早期采用低熔点金属或有机黏结材料包覆金属材料，在加工过程中，低熔点材料熔化或部分熔化，但熔点较高的金属材料并不熔化，而是被熔化或部分熔化的低熔点材料包覆黏结在一起，从而形成类似于粉末冶金烧结坯件一样的原型。这种原型表面粗糙，疏松多孔，力学性能差，常常还需要经过高温重熔或渗金属填补孔隙等后处理以后才能使用。由于受CO2激光、YAG激光束流品质限制，前期金属激光精密增材成形致密度较差，难以满足复杂薄壁结构制造需求。

随着高亮度光纤激光出现，国外金属激光精密增材成形技术发展突飞猛进。近几年来，英国、德国、法国、美国、瑞典等国外发达国家先后开发GH4169、AlSi10Mg、CoCr、TC4等合金金属复杂结构的激光精密增成形设备，并开展应用基础研究。国外著名罗罗、GE、普惠、MTU、波音、EADS、空客等航空航天武器装备已利用此技术开发商业化的金属零部件。

中航工业制造所激光增材制造专业建立上世纪90年代后期，最初主要开展有机材料和覆膜陶瓷的激光快速原型技术研究。进入21世纪，尤其是“十一五”以来，激光增材制造技术获得了长足发展，研究团队不断发展壮大，重点突破了金属零件激光精密增材成形技术和装备研究。面对激光精密增材成形过程粉末球化、零件变形、设备故障、工艺不稳定等各种技术难题，激光增材成形团队针对各个难题分析其原因，抓住主要因素，从材料、软件、设备和工艺方面采取措施，历经磨难，坚韧不拔，研制出国内最大的激光精密增材成形的空间曲面多孔金属件。该团队几乎从零开始，突破了原材料、成形工艺、后续热处理、表面处理等零件整个研制工序，与设计单位共同编制和制定了金属零件的激光精密增材成形的材料和制件技术条件以及相关工艺规程和规范，为该技术在型号产品上应用奠定了坚实基础。

激光精密增材成形为解决复杂金属件制造瓶颈提供一种新方法。譬如，多孔结构件曾采用电加工、数控切削等多种传统制造技术进行试制，无法满足设计要求，已成为制约研制进程的制造技术瓶颈。针对该零件制造技术难题，中航工业制造所一边解决激光选区熔化成形设备关键难题，一边解决软件、材料和工艺等方面关键技术难题，建立国内最大的金属激光精密增材制造平台，解决了制约型号研制进程的制造技术瓶颈。激光精密增材成形技术打开了“航空设计”受制造束缚的枷锁。

产品创新是我国制造行业可持续发展的基础，而精密增材成形技术对新产品的开发速度和质量将起到十分重要的作用。激光精密增材成形技术开创了一个崭新的设计、制造概念。它以相对低的成本、高速造型、可修改性强的特点，独特的工艺过程，为提高产品的设计质量、降低成本、缩短设计及制造周期，为将产品尽快推向市场提供了有效的方法，尤其适合于复杂形状的零件。激光精密增材成形技术在航空航天、核工业、兵器等新型号研制、现役型号技术升级具有广阔的应用前景，还可应用于电子器件、生物植入、能源等我国战略新兴产业领域，对加快我国产品升级换代、坚持自主创新和转变经济发展方式具有长远战略意义。 （中航工业制造所 李怀学）

现在这种工艺很热门啊，就是效率不知道怎么样

这个值得关注

新年第一帖！

这个3D打印对付金属好理解，但是打造人造器官，打造干细胞是什么原理？

大刀斩RB 发表于 2013-2-9 19:57
激光精密增材成形技术的发展历程从低熔点非金属粉末烧结、低熔点包覆高熔点粉末烧结、高熔点粉末直接熔化成 ...
潮流啊，灭了鬼子！

我大学毕业以前就看到过的技术，不过那时候是泡在液体里用激光打点固化高分子材料。
那是在80年代。

mygodson 发表于 2013-2-9 22:56
现在这种工艺很热门啊，就是效率不知道怎么样
开模子用的。可以提高精度效率。实际制造中用的很少

90年代激光成型这个技术多用于小规模高精度和小单定制型生产、比如古董车的零件再造、或者零件修复、和一些高精密部件的技术验证模型的制作
如今随着技术的进步和材料的进步、激光成型所需要的技术成本得以降低、以至于可以应用在小批量多灵活性的生产上
但是激光成型也有着其固有缺陷、如材料应力控制和制造效率、
激光成型技术的效率优势体现在适合复杂构型和难加工的金属上、比如钛合金这种用传统方式难以加工的金属、在复杂构型结构件上应用激光成型有着节省材料和制造效率上的优势
而在易加工和简单构型的工件、激光成型反而效率较低

mygodson 发表于 2013-2-9 22:56
现在这种工艺很热门啊，就是效率不知道怎么样

90年代激光成型这个技术多用于小规模高精度和小单定制型生产、比如古董车的零件再造、或者零件修复、和一些高精密部件的技术验证模型的制作
如今随着技术的进步和材料的进步、激光成型所需要的技术成本得以降低、以至于可以应用在小批量多灵活性的生产上
但是激光成型也有着其固有缺陷、如材料应力控制和制造效率、
激光成型技术的效率优势体现在适合复杂构型和难加工的金属上、比如钛合金这种用传统方式难以加工的金属、在复杂构型结构件上应用激光成型有着节省材料和制造效率上的优势
而在易加工和简单构型的工件、激光成型反而效率较低

yaluji 发表于 2013-2-10 14:20
开模子用的。可以提高精度效率。实际制造中用的很少
那是以前。 21世纪之前，激光精密增材成形主要用于蜡模、砂模等制造，为精密铸造提供模型； 现在，利用高亮度激光按照预先规划的扫描路径轨迹逐层熔化金属粉末，直接净成形出零件，称之为 激光精密增材成形技术。 激光精密增材成形技术原理，是一种基于离散堆积成形思想的先进增材制造技术，无需模具，通过把零件3D模 型沿一定方向离散成一系列有序的微米量级薄层，以激光为热源，根据每层轮廓信息逐层熔化金属粉末，直接 制造出任意复杂形状的净成形零件，特别适合曲面型腔、悬空薄壁以及变截面等复杂结构制造，无需数控加 工，仅需热处理和表面光整零件即可使用。