激光快速成形(Laser Rapid Prototyping：LRP)是將CAD适荣、CAM、CNC、激光史糕、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等先進(jìn)技術(shù)集成的一種全新制造技術(shù)。與傳統(tǒng)制造方法相比具有：原形的復(fù)制性依矿、互換性高勉徘；制造工藝與制造原形的幾何形狀無關(guān)；加工周期短范蛉、成本低羊湃，一般制造費(fèi)用降低50％，加工周期縮短70％以上份噪；高度技術(shù)集成然走，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化。

　　近期發(fā)展的LPR主要有：立體光造形(SLA)技術(shù)戏挡；選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)芍瑞；激光熔覆成形(LCF)技術(shù)；激光近形(LENS)技術(shù)褐墅；激光薄片疊層制造(LOM)技術(shù)拆檬；激光誘發(fā)熱應(yīng)力成形(LF)技術(shù)及三維印刷技術(shù)等。

　　立體光造形(SLA)技術(shù)

　　SLA技術(shù)又稱光固化快速成形技術(shù)妥凳，其原理是計(jì)算機(jī)控制激光束對(duì)光敏樹脂為原料的表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描竟贯，被掃描區(qū)域的樹脂薄層(約十分之幾毫米)產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個(gè)薄層逝钥。工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離屑那，以便固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，進(jìn)行下一層的掃描加工艘款，如此反復(fù)持际，直到整個(gè)原形制造完畢。由于光聚合反應(yīng)是基于光的作用而不是基于熱的作用，故在工作時(shí)只需功率較低的激光源搂物。此外蝠笔，因?yàn)闆]有熱擴(kuò)散，加上鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠很好地控制姥咖，能保證聚合反應(yīng)不發(fā)生在激光點(diǎn)之外犀震，因而加工精度高，表面質(zhì)量好碟灾，原材料的利用率接近100％禀坝，能制造形狀復(fù)雜、精細(xì)的零件倾秤，效率高伟秩。對(duì)于尺寸較大的零件，則可采用先分塊成形然后粘接的方法進(jìn)行制作衬朗。

　　美國猿悔、日本、德國捧贺、比利時(shí)等都投入了大最的人力角葱、物力研究該技術(shù)，并不斷有新產(chǎn)品問世座泳。我國西安交通大學(xué)也研制成功了立體光造形機(jī)LPs600A惠昔。目前，全世界有10多家工廠生產(chǎn)該產(chǎn)品挑势。

　　●在汽車車身制造中的應(yīng)用

　　SLA技術(shù)可制造出所需比例的精密鑄造模具镇防，從而澆鑄出一定比例的車身金屬模型，利用此金屬模型可進(jìn)行風(fēng)洞和碰撞等試驗(yàn)潮饱，從而完成對(duì)車身最終評(píng)價(jià)来氧，以決定其設(shè)計(jì)是否合理。美國克萊斯勒公司已用SLA技術(shù)制成了車身模型香拉，將其放在高速風(fēng)洞中進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)分析啦扬，取得了令人滿意的效果，大大節(jié)約了試驗(yàn)費(fèi)用凫碌。

　　●用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管試驗(yàn)

　　進(jìn)氣管內(nèi)腔形狀是由十分復(fù)雜的自由曲面構(gòu)成的扑毡，它對(duì)提高進(jìn)氣效率、燃燒過程有十分重要的影響证鸥。設(shè)計(jì)過程中僚楞，需要對(duì)不同的進(jìn)氣管方案做氣道試驗(yàn)勤晚，傳統(tǒng)的方法是用手工方法加工出由幾十個(gè)截面來描述的氣管木乃慕矗或石膏模，再用砂模鑄造進(jìn)氣管，加工中扑详，木模工對(duì)圖紙的理解和本身的技術(shù)水平常導(dǎo)致零件與設(shè)計(jì)意圖的偏離媚尊，有時(shí)這種誤差的影響是顯著的。使用數(shù)控加工雖然能較好地反映出設(shè)計(jì)意圖涕留，但其準(zhǔn)備時(shí)間長褂反，特別是幾何形狀復(fù)雜時(shí)更是如此。英國Rover公司使用快速成形技術(shù)生產(chǎn)進(jìn)氣管的外模及內(nèi)腔模唁返，取得了令人滿意的效果娇仙。

　　選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)

　　SLS技術(shù)與SLA技術(shù)很相似，只是用粉末原料取代了液態(tài)光聚合物辨迷，并以一定的掃描速度和能量作用于粉末材料尾贮。該技術(shù)具有原材料選擇廣泛、多余材料易于清理袁暗、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)怔巷，適用于原形及功能零件的制造。在成形過程中讯屈，激光工作參數(shù)以及粉末的特性和燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)成形質(zhì)量的重要參數(shù)蛋哭。

　　●在汽車模具制造中應(yīng)用

　　美國德克薩斯州立大學(xué)研究的SLS技術(shù)，已由美國DTM公司商品化涮母。目前該公司已研制出SLS2000系列第三代產(chǎn)品谆趾。該系統(tǒng)能燒結(jié)蠟、聚碳酸酯哈蝇、尼龍棺妓、金屬等各種材料。用該系統(tǒng)制造的鋼銅合金注塑模具炮赦，可注塑5萬件工件怜跑。近年來基于RPM技術(shù)模具制造技術(shù)已從最初的原形制造，發(fā)展到快速工模具制造吠勘，成為國內(nèi)外應(yīng)用研究開發(fā)的重點(diǎn)性芬。基于RPM的模具制造方法可分為直接制幀法和間接制模法剧防。

　　直接制模法是直接采用RPM技術(shù)制作模具植锉，在RPM技術(shù)諸方法中能夠直接制作金屬模具的是SLS法。用這種方法制造的鋼制銅合金注射模爹舱，壽命可達(dá)5萬件以上奕截。但此法在燒結(jié)過程中材料發(fā)生較大收縮，精度難以控制皿遏。

　　間接制模法可分為：

　　(1)軟質(zhì)簡(jiǎn)易模具的制作

　　采用硅橡膠噪境、金屬粉環(huán)氧樹脂粉和低熔點(diǎn)合金等將原形準(zhǔn)確復(fù)制成模具，或?qū)υ芜M(jìn)行表面處理，用金屬噴涂法或物理蒸發(fā)沉積法鍍上一層熔點(diǎn)較低的合金來制作模具半泪。這些簡(jiǎn)易模具的壽命為50～5000件陶握，由于其制造成本低、周期短效勺，特別適合于產(chǎn)品試制階段的小批量生產(chǎn)禁歧。

　　(2)鋼質(zhì)模具的制作

　　將RPM技術(shù)與精密鑄造技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)金屬模的快速制造嘉容〖芏溃或者直接制造出復(fù)形精度較高的EDM電極，用于注塑模饿呢、鍛模匪补、壓鑄等鋼制模具形腔的加工。一個(gè)中等大小烂翰、較為復(fù)雜的電極一般4～8h即可完成夯缺，復(fù)形精度完全滿足工程要求。福特汽車公司用此技術(shù)制造汽車模具取得了滿意的效果甘耿。上海交通大學(xué)也已通過RP與精密鑄造結(jié)合的方法為汽車及汽車輪胎等行業(yè)生產(chǎn)進(jìn)口替代模具計(jì)80余副踊兜。與傳統(tǒng)機(jī)加工法相比，快速模具制造的制作成本及周期大大降低佳恬。我國每年需進(jìn)口模具達(dá)8億多美元捏境，主要是復(fù)雜模具和精密模具，因此毁葱，SLS技術(shù)在未來的汽車模具制造業(yè)中的應(yīng)用前景十分廣闊垫言。

　　●在汽車燈具制造上的應(yīng)用

　　汽車燈具大多數(shù)的形狀是不規(guī)則的，曲面復(fù)雜倾剿，模具制造難度很大筷频。通過快速成形技術(shù)，可以很快得到精確的產(chǎn)品試樣前痘，為模具設(shè)計(jì)CAD和CAM提供了有利的參考涯馆。同時(shí)，也可以通過快速成形技術(shù)崎爽，用熔模鑄造的方法快速俺埋、高精度地制造出燈具模具。

　　激光熔覆成形(LCF)技術(shù)

　　LCF技術(shù)的工作原理與其他快速成形技術(shù)基本相同摹撰，也是通過對(duì)工作臺(tái)數(shù)控俄脂，實(shí)現(xiàn)激光束對(duì)粉末的掃描、熔覆行翘，最終成形出所需形狀的零件相吭。研究結(jié)果表明：零件切片方式蔫狰、激光熔覆層厚度、激光器輸出功率滴练、光斑大小、光強(qiáng)分布孵熏、掃描速度摊桅、掃描間隔、掃描方式捺氢、送粉裝置藻丢、送粉量及粉末顆粒的大小等因素均對(duì)成形零件的精度和強(qiáng)度有影響。

　　與其他快速成形技術(shù)的區(qū)別在于摄乒，激光熔覆成形能制成非常致密的金屬零件悠反，其強(qiáng)度達(dá)到甚至超過常規(guī)鑄造或鍛造方法生產(chǎn)的零件，因而具有良好的應(yīng)用前景馍佑。

　　激光近形(LENS)技術(shù)

　　LENS技術(shù)是將SLS技術(shù)和LCF技術(shù)相結(jié)合斋否，并保持了這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。選用的金屬粉末有三種形式：

　　(1)單一金屬拭荤；

　　(2)金屬加低熔點(diǎn)金屬粘結(jié)劑茵臭；

　　(3)金屬加有機(jī)粘結(jié)劑。由于采用的是鋪粉方式舅世，所以不管使用哪種形式的粉末旦委，激光燒結(jié)后的金屬的密度較低、多孔隙雏亚、強(qiáng)度較低缨硝。要提高燒結(jié)零件強(qiáng)度，必須進(jìn)行后處理罢低，如浸滲樹脂谎拴、低熔點(diǎn)金屬，或進(jìn)行熱等靜壓處理和月。但這些后處理會(huì)改變金屬零件的精度臼裂。

　　激光薄片疊層制造(LOM)技術(shù)

　　LOM技術(shù)是一種常用來制作模具的新型快速成形技術(shù)。其原理是先用大功率激光束切割金屬薄片慨锅，然后將多層薄片疊加前肥，并使其形狀逐漸發(fā)生變化，最終獲得所需原形的立體幾何形狀庐钱。

　　LOM技術(shù)制作沖模淀肿，其成本約比傳統(tǒng)方法節(jié)約1/2，生產(chǎn)周期大大縮短滴图。用來制作復(fù)合模讯谎、薄料模碎员、級(jí)進(jìn)模等，經(jīng)濟(jì)效益也甚為顯著乘硬。該技術(shù)在國外已經(jīng)得到了廣泛的使用倾圣。

　　激光誘發(fā)熱應(yīng)力成形(LF)技術(shù)

　　LF技術(shù)的原理是基于金屬熱脹冷縮的特性，即對(duì)材料進(jìn)行不均勻加熱扁眯，產(chǎn)生預(yù)定的塑性變形壮莹。該技術(shù)具有下列特點(diǎn)：

　　(1)無模具成形：生產(chǎn)周期短、柔性大姻檀，特別適合單件小批量或大形工件的生產(chǎn)命满；

　　(2)無外力成形：材料變形的根源在于其內(nèi)部的熱應(yīng)力；

　　(3)非接觸式成形：成形精度高绣版、無工模具磨損胶台，可用于精密件的制造；

　　(4)熱態(tài)累積成形：能夠成形常溫下的難變形材料或高硬化指數(shù)金屬杂抽，而且能夠產(chǎn)生自冷硬化效果诈唬，使變形區(qū)材料的組織與性能得以改善。

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