金屬零件激光選區(qū)熔化3D打印裝備與技術(shù)

訊：隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，機(jī)械加工行業(yè)不斷發(fā)展。而快速成型技術(shù)，尤其是激光3D打印技術(shù)在機(jī)械加工行業(yè)中起到了越來越大的作用，并漸漸在制造業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，成為了如今機(jī)械制造業(yè)中不可或缺的一部分。3D打印技術(shù)正在快速改變我們傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和生活方式，不少專家認(rèn)為，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、個性化、定制化為特點(diǎn)的3D打印制造技術(shù)將推動第三次工業(yè)革命 。

　　金屬零件3D打印技術(shù)作為整個3D打印體系中最前沿和最有潛力的技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。按照金屬粉末的添置方式將金屬3D打印技術(shù)分為三類：（1）使用激光照射預(yù)先鋪展好的金屬粉末，即金屬零件成型完畢后將完全被粉末覆蓋。這種方法目前被設(shè)備廠家及各科研院所廣泛采用，包括直接金

　　屬激光燒結(jié)成型（Direct Metal Laser Sintering,DMLS）、激光選區(qū)熔化（Selective laser melting, SLM）和LC（Laser Cusing）等；（2）使用激光照射噴嘴輸送的粉末流，激光與輸送粉末同時工作（Laser Engineered Net Shaping，LENS）。該方法目前在國內(nèi)使用比較多；（3）采用電子束熔化預(yù)先鋪展好的金屬粉末（Electron Beam Melting,EBM），此方法與第1類原理相似，只是采用熱源不同。

　　激光選區(qū)熔化技術(shù)是金屬3D打印領(lǐng)域的重要部分，其采用精細(xì)聚焦光斑快速熔化300－500目的預(yù)置粉末材料，幾乎可以直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結(jié)合的功能零件。致密度可達(dá)到近乎100%，尺寸精度達(dá)20－50微米，表面粗糙度達(dá)20－30微米，是一種極具發(fā)展前景的快速成型技術(shù)，而且其應(yīng)用范圍已拓展到航空航天、醫(yī)療、汽車、模具等領(lǐng)域。

　　目前SLM設(shè)備的研究和開發(fā)也成為了國內(nèi)外快速成型領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文對SLM設(shè)備的組成和成型原理進(jìn)行了一個概述性的介紹，對比了國內(nèi)外SLM設(shè)備的參數(shù)，并對SLM設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

　　SLM成型設(shè)備

　　SLM設(shè)備一般由光路單元、機(jī)械單元、控制單元、工藝軟件和保護(hù)氣密封單元幾個部分組成。

　　光路單元主要包括光纖激光器、擴(kuò)束鏡、反射鏡、掃描振鏡和F-?聚焦透鏡等。激光器是SLM設(shè)備中最核心的組成部分，直接決定了整個設(shè)備的成型質(zhì)量。近年來幾乎所有的SLM設(shè)備都采用光纖激光器，因光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、性能可靠、壽命長、光束模式接近基模等優(yōu)點(diǎn)。由于激光光束質(zhì)量很好，激光束能被聚集成極細(xì)微的光束，并且其輸出波長短，因而光纖激光器在精密金屬零件的激光選區(qū)熔化快速成型中有著極為明顯的優(yōu)勢。擴(kuò)束鏡是對光束質(zhì)量調(diào)整必不可少的光學(xué)部件，光路中采用擴(kuò)束鏡是為了擴(kuò)大光束直徑，減小光束發(fā)散角，減小能量損耗。掃描振鏡由電機(jī)驅(qū)動，通過計算機(jī)進(jìn)行控制，可以使激光光斑精確定位在加工面的任一位置。為了克服掃描振鏡單元的畸變，須用專用平場F-?掃描透鏡，使得聚焦光斑在掃描范圍內(nèi)得到一致的聚焦特性。

　　機(jī)械單元主要包括鋪粉裝置、成型缸、粉料缸、成型室密封設(shè)備等。鋪粉質(zhì)量是影響SLM成型質(zhì)量的關(guān)鍵因素，目前SLM設(shè)備中主要有鋪粉刷和鋪粉滾筒兩大類鋪粉裝置。成型缸與粉料缸由電機(jī)控制，電機(jī)控制的精度也決定了SLM的成型精度。