據(jù)悉，激光選區(qū)熔化成形技術(shù)是3D打印技術(shù)的一種，它打破傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床加工模式，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過(guò)成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物零件。“基于激光選區(qū)熔化成形技術(shù)的多墾合金結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與制造”技術(shù)，利用鉑力特公司自主研制的激光選區(qū)熔化成形技術(shù)及裝備，針對(duì)多墾合金鏤空結(jié)構(gòu)/結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)、成形、精度控制等技術(shù)問(wèn)題重點(diǎn)研究，提出了功能優(yōu)先的多墾合金結(jié)構(gòu)/結(jié)構(gòu)件減重設(shè)計(jì)理念，解決了傳統(tǒng)制造技術(shù)難以解決的多孔、鏤空、點(diǎn)陣等輕量化復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的加工制造問(wèn)題，該技術(shù)是“基于功能優(yōu)先結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念”的一次革新，為解決我國(guó)航空、航天、船舶、汽車、能源、化工、醫(yī)療等廣大制造業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件減重設(shè)計(jì)及制造問(wèn)題提供了一種新的解決途徑。

　　讓我們更詳細(xì)的剖析一下“激光選區(qū)熔化成形技術(shù)”：

　　1 技術(shù)原理

　　激光選區(qū)熔化成形技術(shù)是以原型制造技術(shù)為基本原理發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的激光增材制造技術(shù)。通過(guò)專用軟件對(duì)零件三維數(shù)模進(jìn)行切片分層，獲得各截面的輪廓數(shù)據(jù)后，利用高能量激光束根據(jù)輪廓數(shù)據(jù)逐層選擇性地熔化金屬粉末，通過(guò)逐層鋪粉，逐層熔化凝固堆積的方式，制造三維實(shí)體零件。

　　圖1和圖2分別是激光選區(qū)熔化成形零件示意圖和原理示意圖。如圖2所示，零件的三維數(shù)模完成切片分層處理并導(dǎo)入成形設(shè)備后，水平刮板首先把薄薄的一層金屬粉末均勻地鋪在基板上，高能量激光束按照三維數(shù)模當(dāng)前層的數(shù)據(jù)信息選擇性地熔化基板上的粉末，成形出零件當(dāng)前層的形狀，然后水平刮板在已加工好的層面上再鋪一層金屬粉末，高能束激光按照數(shù)模的下一層數(shù)據(jù)信息進(jìn)行選擇熔化，如此往復(fù)循環(huán)直至整個(gè)零件完成制造。

　　

　　圖1 激光選區(qū)熔化成形零件示意圖

　

　　　

　　圖2 激光選區(qū)熔化成形基本原理示意圖

　　2 技術(shù)特點(diǎn)

　　圖3為激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制造的零件。激光選區(qū)熔化成形技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造工藝的變形成形和去除成形的常規(guī)思路，可根據(jù)零件三維數(shù)模，利用金屬粉末無(wú)需任何工裝夾具和模具，直接獲得任意復(fù)雜形狀的實(shí)體零件，實(shí)現(xiàn)“凈成形”的材料加工新理念，特別適用于制造具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的難加工鈦合金、高溫合金等零件。

　　

　　（a）激光選區(qū)熔化成形金屬樣件

 

　　　　

　?。╞）激光選區(qū)熔化成形高溫合金零件

　　圖3 激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制造的零件

　　激光選區(qū)熔化成形技術(shù)通常采用粒徑30μm左右的超細(xì)粉末為原材料，圖4為激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制造鈦合金零件所使用的TC4超細(xì)球形粉，通常鋪粉厚度＜100μm（最薄鋪粉厚度可達(dá)20μm），每個(gè)加工層控制的很薄，可達(dá)到30μm。另外該技術(shù)還使用了光斑很小的激光束，可使成形的零件具有很高的尺寸精度（可達(dá)0.1mm）以及優(yōu)異的表面質(zhì)量（粗糙度Ra可達(dá)30~50μm）[7-8]，圖5為選區(qū)激光熔化成形TC4鈦合金表面形貌。因此該技術(shù)具有精度高、表面質(zhì)量?jī)?yōu)異等特點(diǎn)，制造的零件只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的噴砂或拋光即可直接使用。由于材料及切削加工的節(jié)省，其制造成本可降低20%~40%，生產(chǎn)周期也將縮短80%[5]。

 

　　　　

　　圖4 激光精密成形用TC4超細(xì)粉

 

　　　　

　　圖5 選區(qū)激光熔化成形TC4鈦合金表面形貌

　　從材料性能角度看，該技術(shù)制造的結(jié)構(gòu)件具有微細(xì)、均勻的快速凝固組織，各項(xiàng)同性，且綜合性能優(yōu)異。表1為激光選區(qū)熔化成形、激光直接沉積成形、鍛造、鑄造TC4鈦合金的力學(xué)性能比較[7]。

　　表1 激光增材制造鈦合金與鍛造、鑄造鈦合金的力學(xué)性能比較

　　

　　綜上所述，激光選取熔化工藝突破了傳統(tǒng)的去除加工思路，有效解決了傳統(tǒng)加工工藝不可達(dá)部位的加工問(wèn)題，尤其適合傳統(tǒng)工藝如鍛造、鑄造、焊接等工藝無(wú)法制造的內(nèi)部有異形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件制造。同時(shí)，由于該技術(shù)成形精度較高，在普通零件應(yīng)用中可保留更多的非加工面，因此可更好地解決難切削材料的加工問(wèn)題。

　　激光選區(qū)熔化成形技術(shù)在鈦合金、鋁合金、高溫合金、結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼等材料上的成功應(yīng)用，已對(duì)航空航天工業(yè)產(chǎn)生了非常重要的影響。