选取激光融化(SLM).pptx

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,3D打印技术选区激光融化,授课内容,01,选区激光融化技术介绍,PARTONE,SLM打印技术选择性激光熔融（SelectiveLaserMelting,SLM）技术由德国Froounholfer研究院于1995年首次提出，工作原理与SLS相似。

选区激光融化技术,SLM工作原理:

SLM工作流程为，打印机控制激光在铺设好的粉末上方选择性地对粉末进行照射，金属粉末加热到完全熔化后成型。

然后活塞使工作台降低一个单位的高度，新的一层粉末铺撒在已成型的当前层之上，设备调入新一层截面的数据进行激光熔化，与前一层截面粘结，此过程逐层循环直至整个物体成型。

SLM的整个加工过程在惰性气体保护的加工室中进行，以避免金属在高温下氧化。

SLM技术加工过程,选区激光融化技术,SLM主要优点：

1、SLM成型的金属零件致密度高，可达90%以上；2、抗拉强度等机械性能指标优于铸件，甚至可达到锻件水平。

显微维氏硬度可高于锻件；3、由于是打印过程中完全融化，因此尺寸精度较高；4、与传统减材制造相比，可节约大量材料。

选区激光融化技术,SLM技术限制：

1、成型速度较低，为了提高加工精度，需要用更薄的加工层厚。

加工小体积零件所用时间也较长，因此难以应用于大规模制造；2、表面粗糙度有待提高；3、整套设备昂贵，熔化金属粉末需要比SLS更大功率的激光，能耗较高；4、SLM技术工艺较复杂。

因此多用于工业级的增材制造。

6、SLM过程中，金属瞬间熔化与凝固温度梯度很大，产生极大的残余应力，如果基板刚性不足则会导致基板变形。

选区激光融化技术,工件残余应力过大，基板刚性不足导致的基板变形,1、SLS打印技术,SLM与SLS的区别：

SLS是激光烧结，所用的金属材料是经过处理的与低熔点金属或者高分子材料的混合粉末，在加工的过程中低熔点的材料熔化但高熔点的金属粉末是不熔化的。

先是用灯管加热或者金属板热辐射的方式，将粉材加热到超过了结晶温度，大概170摄氏度左右。

利用被熔化的材料实现黏结成型，所以实体存在孔隙，力学性能差，部分零件要使用的话还要经过高温重熔。

SLM是选择性激光熔化，顾名思义也就是在加工的过程中用激光使粉体完全熔化，不需要黏结剂，成型的精度和力学性能都比SLS要好。

然而因为SLM没有热场，它需要将金属从20摄氏度的常温加热到上千度的熔点，这个过程需要消耗巨大的能量。

02,激光融化技术发展,PARTTWO,选区激光融化技术,1995年，德国夫琅和费学院与当时的F&S公司合作研发了SLM技术并申请获得了相关专利。

而SLM技术的主要发明人之一，就是迪特施瓦泽（DieterSchwarze）博士。

SLM技术的创始人DieterSchwarze博士在德国SLMSolutions公司担任科学和技术研究部主管。

德国是SLM技术研究最早的国家，1995年，德国夫琅和费学院与当时的F&S公司合作研发了SLM技术并申请获得了相关专利，并与2002年研究成功。

德国SLMSolutions公司，EOS公司都具备强大的SLM技术实力,选区激光融化技术,SLMSolutions公司生产的SLM280设备,德国EOS公司公司生产的EOSM290设备,日本Matsuura公司研制出了金属光造型复合加工设备LUMEXAvance-25，该设备将金属激光成形和切削加工结合在一起，激光熔化一定层数粉末后，高速铣削一次，反复进行这样的工序，直至整个零件加工完成，从而提高了成形件的表面质量和尺寸精度，与单纯的金属粉末激光选区熔化技术相比，其加工尺寸精度小于5m,中国对SLM设备的研究主要集中在高校，华中科技大学、西北工业大学和华南理工大学等高校在SLM设备生产研究方面做了大量的研究工作1995年，西北工业大学教授黄卫东，产生了一个关于快速成型技术的新构思：

把3D打印技术和同步送粉激光熔覆相结合，形成一种新技术，用于直接制造可以承载高强度力学载荷的致密金属零件。

1998年，华中科技大学快速制造中心也引进史玉升专门负责选择性激光烧结技术和选择性激光熔化技术。

这是目前直接获得金属件最成功的方法，华中科技大学1996年组建了武汉滨湖机电技术产业有限公司（下称“滨湖机电”），西安交通大学1997年成立陕西恒通智能机器有限公司。

注册于北京市海淀区中关村科技园区北京隆源自动成型系统有限公司，也从1993年开始研发选区激光粉末烧结快速成型机,直接金属激光烧结技术（DMLS）金属激光烧结（DirectMetalLaserSintering，DMLS）又称金属激光烧结、金属直接表面烧结或者激光熔覆成形，由德国EOS公司于1994年获得第一个DMLS技术专利，现在EOS是世界最大的DMLS系统制造商之一。

DMLS技术作为SLM技术的一个分支，是一种新的金属表面改性技术，原理是通过在基材表面覆盖熔覆材料，利用激光使其与基材一起熔凝在一起，并逐层堆叠的方法。

其他相似技术,选区激光融化技术,DMLS主要用于受损零件的修复，可对大型转动设备重要零部件如轴、叶片、轮盘、曲轴、泵轴、齿轴以及模具、阀门等进行腐蚀、冲蚀和磨损后的激光熔覆修复。

选区激光融化技术,03,激光融化技术应用领域,PARTTHREE,工业产品直接生产制造,选区激光融化技术,某汽车主机厂铝合金零部件尺寸:

210x140x160mm工艺:

SLM-金属粉末烧结材料:

铝合金加工时间:

25小时解决问题:

缩短研发周期，提高测试效果和精度,选区激光融化技术,某航空航天研究所-叶片试验件尺寸:

220x180x50mm工艺:

SLM-金属粉末烧结材料:

模具钢加工时间:

18小时解决问题:

航空叶片内部有角度复杂的流道，传统工艺很难制作，金属烧结工艺能直接高精度成型带有复杂内部流道的工件;加工周期短。

选区激光融化技术,某理化研究所-试验件尺寸:

110x11x3.5mm;关键尺寸:

小柱直径0.3mm，柱子间距0.1mm工艺:

SLM-金属粉末烧结材料:

钴铬钼合金加工时间:

5小时解决问题:

传统工艺受加工刀具的限制，无法加工工件中的细节部分（直径3mm小柱、保留0.1mm间隙）;金属粉末烧结工艺采用激光固化，可以成型有较多细节的产品。

选区激光融化技术,某航空航天部件尺寸:

145x132x105mm工艺:

SLM-金属粉末烧结材料:

铝合金用量1.5kg尺寸精度:

0.1mm以内加工周期:

3个工作日（机台加工35小时+后处理10小时）成型技术难点:

产品结构复杂，精度要求较高。

选区激光融化技术,工业级3D打印领航企业华曙高科与北京理工大学宇航学院喷气推进实验室合作研发的3D打印栅极离子推进器（用于通讯卫星中）3D打印的零件，将加工时间从传统腐蚀法的20小时缩短至2小时，其结构设计可控性强，材料利用率高，也更加环保。

通过测试3D打印Ti64筛网局部微观结构可发现，无论是筛网边缘还是网孔连接处，组织都非常致密、均匀，打印精度符合设计精度要求，这为离子推进器发动机源的成功点火和稳定工作提供了保证。

选区激光融化技术,2016年2月，工业级3D打印领航企业华曙高科应用研发团队针对高温难熔金属材料及3D打印成型机理工艺进行了系统的研究，开发出3D打印工艺，解决了熔点高达3400钨材料的激光精密成形，是国内率先攻克3400金属材料钨3D打印的企业。

3月，华曙高科与某航空单位合作，将金属3D打印技术应用于航空航天领域芯片散热器固定件的制作，使其孔道结构设计更加灵活，加工周期大大缩短，多孔变径结构一次成型且无需后期机加工，其中大孔尺寸为1.50.02mm，小孔尺寸为0.50.02mm，工件致密度96%。

华曙高科金属3D打印设备FS121M可直接制作各种复杂精细结构的模具，具有随形冷却水道的注塑模、压铸模等金属模具，可打印的金属包括不锈钢、低合金高强度钢等。

3D打印圆珠笔芯模具,选区激光融化技术,轮辐轮毂一体化打印材料：

钛合金轮辐轮毂是支撑轮胎的金属部件，在赛车静态停车的过程中起支撑整车重量作用，在行驶过程中起连接传动轴、承受发动输出扭矩的作用，是赛车整体零部件组成中十分重要的部分。

轮辐轮毂一体化的结构能使汽车更好地实现轻量化，若使用传统减材制造方式，材料去除率高达到93%，浪费严重，而金属3D打印技术能使此类异型零件一体成型，在曲面型零件制造中具有绝对的优势。

前、后摇臂打印材料：

不锈钢FNX赛车结构布置不同于一般的汽车，悬架与普通的汽车有少许差别。

在赛车静止时，摇臂将地面对车轮的支持力传递到减震器；在赛车高速过弯运动时，摇臂还将承受一个超过1G的横向加速度，所以，摇臂需要较高的力学性能以支持整个悬架系统。

前后摇臂结合3D打印技术的先进优势，对其结构进行不断优化，最终在减轻25%质量的情况下，提升了20%的结构强度，并且与传统工艺相比，3D打印的摇臂结构节省了70%的坯料。

喷油器支座打印材料：

铝合金该部件是发动机喷油器的支座，为了防止燃油泄漏产生意外就要保证各个喷油器支座之间间距相等，采用传统铣削工艺存在加工难度大、铣削量大等弊端，而采用3D打印技术能大大提高材料利用率，其铝合金材质能在保持力学强度的同时符合赛车轻量化要求。

前、后立柱打印材料：

钛合金立柱用于连接悬架的上下横臂和轮毂，是悬架及赛车底盘的核心部件，需较高力学性能，能够应对赛车在极限行驶过程中产生的各种复杂工况条件。

采用传统减材方式制造立柱，材料去除率高达到94%，而采用3D打印方式可免去开模环节，缩短开发周期，并使立柱同时实现轻量化和强度效果。

阻尼支撑打印材料：

不锈钢阻尼支撑用于支撑阻尼及防侧倾杆芯轴，是连接阻尼与车架的重要零部件，也是防侧倾杆实现防侧倾的重要部件。

就结构而言，阻尼支撑座上下一体的结构更为紧凑；就加工方式而言，阻尼支撑上下一体结构加工复杂繁琐，对传统加工设备要求较高，材料去除率高达到92.58%，而金属3D打印技术能使此类异型零件一体成型，在曲面型零件制造中具有绝对的优势，能提高车辆悬架稳定性。

节温器盖打印材料：

不锈钢节温器是控制发动机冷却水循环的节温器的盖板，重新设计的节温器盖采用3D打印技术保证了其整体性，提高了强度，降低了水流通过管道的阻力，同时去掉了不必要的结构，使其更轻更小，避免了与进气温度传感器产生干涉的问题。