激光快速成形技术工艺方法介绍

激光快速成形(Laser Rapid Prototyping：LRP)是将CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。与传统制造方法相比具有：原形的复制性、互换性高；制造工艺与制造原形的几何形状无关；加工周期短、成本低，一般制造费用降低50％，加工周期缩短70％以上；高度技术集成，实现设计制造一体化。
近期发展的LPR主要有：立体光造形(SLA)技术；选择性激光烧结(SLS)技术；激光熔覆成形(LCF)技术；激光近形(LENS)技术；激光薄片叠层制造(LOM)技术；激光诱发热应力成形(LF)技术及三维印刷技术等。
立体光造形(SLA)技术
SLA技术又称光固化快速成形技术，其原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层(约十分之几毫米)产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。工作台下移一个层厚的距离，以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个原形制造完毕。由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作时只需功率较低的激光源。此外，因为没有热扩散，加上链式反应能够很好地控制，能保证聚合反应不发生在激光点之外，因而加工精度高，表面质量好，原材料的利用率接近100％，能制造形状复杂、精细的零件，效率高。对于尺寸较大的零件，则可采用先分块成形然后粘接的方法进行制作。
美国、日本、德国、比利时等都投入了大最的人力、物力研究该技术，并不断有新产品问世。我国西安交通大学也研制成功了立体光造形机LPs600A。目前，全世界有10多家工厂生产该产品。
●在汽车车身制造中的应用
SLA技术可制造出所需比例的精密铸造模具，从而浇铸出一定比例的车身金属模型，利用此金属模型可进行风洞和碰撞等试验，从而完成对车身最终评价，以决定其设计是否合理。美国克莱斯勒公司已用SLA技术制成了车身模型，将其放在高速风洞中进行空气动力学试验分析，取得了令人满意的效果，大大节约了试验费用。
●用于汽车发动机进气管试验
进气管内腔形状是由十分复杂的自由曲面构成的，它对提高进气效率、燃烧过程有十分重要的影响。设计过程中，需要对不同的进气管方案做气道试验，传统的方法是用手工方法加工出由几十个截面来描述的气管木模或石膏模，再用砂模铸造进气管，加工中，木模工对图纸的理解和本身的技术水平常导致零件与设计意图的偏离，有时这种误差的影响是显著的。使用数控加工虽然能较好地反映出设计意图，但其准备时间长，特别是几何形状复杂时更是如此。英国Rover公司使用快速成形技术生产进气管的外模及内腔模，取得了令人满意的效果。
选择性激光烧结(SLS)技术
SLS技术与SLA技术很相似，只是用粉末原料取代了液态光聚合物，并以一定的扫描速度和能量作用于粉末材料。该技术具有原材料选择广泛、多余材料易于清理、应用范围广等优点，适用于原形及功能零件的制造。在成形过程中，激光工作参数以及粉末的特性和烧结气氛是影响烧结成形质量的重要参数。
●在汽车模具制造中应用
美国德克萨斯州立大学研究的SLS技术，已由美国DTM公司商品化。目前该公司已研制出SLS2000系列第三代产品。该系统能烧结蜡、聚碳酸酯、尼龙、金属等各种材料。用该系统制造的钢铜合金注塑模具，可注塑5万件工件。近年来基于RPM技术模具制造技术已从最初的原形制造，发展到快速工模具制造，成为国内外应用研究开发的重点。基于RPM的模具制造方法可分为直接制帧法和间接制模法。
直接制模法是直接采用RPM技术制作模具，在RPM技术诸方法中能够直接制作金属模具的是SLS法。用这种方法制造的钢制铜合金注射模，寿命可达5万件以上。但此法在烧结过程中材料发生较大收缩，精度难以控制。