選區雷射熔化技術發展現狀及在民用飛機上的應用

2021-01-21 OFweek維科網

　　金屬零件的雷射增材製造技術（俗稱3D列印）是從20世紀80年代發展起來的一項先進位造技術。增材製造的基本原理是根據零件的CAD模型進行切片分層處理，採用數控系統控制工作檯按照分層軟體設定的路徑進行掃描，通過雷射熔化金屬粉末層層疊加獲得近淨成形零件。

　　增材製造技術的優點主要有：

　　（1）增材製造技術可優化結構設計，拓展設計人員思路。受傳統製造手段、加工方法的制約，很多優秀的設計理念難以實現。而增材製造技術不受產品零件形狀的限制，解除這一限制後可以設計、製造出更輕、受力狀態更合理的結構件。

　　（2）零件精密成形，加工餘量小，材料利用率高。採用傳統製造路徑時，大部分材料會被加工去除，成形零件不到毛坯重量的10%，造成了極大的浪費。而增材製造技術是一種近淨成形技術，材料利用率可達90%以上，能有效降低材料成本，增強市場競爭力。

　　（3）由於增材製造快速凝固的特點，成形件組織細密、性能優異。

　　（4）零件生產流程短，工序簡化，節省了大量加工時間，特別適用於小批量零件生產試製和產品零部件維修更換等需要快速響應的場合。

　　基於上述優點，自增材製造技術問世以來便引起了學術界和工業界的廣泛關注，並在汽車、模具、航空航天業等領域獲得了應用，並被認為是第三次工業革命和工業4.0時代來臨的代表性革新技術。

　　金屬零件增材製造技術根據粉末材料的送進方式可分為同軸送粉和粉末床兩種。同軸送粉雷射增材製造法又稱直接金屬雷射燒結法（DirectMetalLaserSintering，DMLS），該方法成形效率高，能夠製造大尺寸結構件，工藝開發時間早，技術比較成熟，但表面精度較差。粉末床工藝又稱選擇性雷射熔化法（SelectiveLaserMelting，SLM），需先鋪粉末再熔覆，成形效率較低，且受粉末床大小限制，成形件尺寸較小。但由於有粉末支撐，能成形異型複雜零件（如懸垂結構、鏤空結構），成形件緻密度和外形精度高。基於這些優點，近年來SLM技術逐漸引起了人們的關注。

　　本文對選區雷射熔化增材製造（SLM）設備、粉末的研製情況、需解決的關鍵技術問題進行了梳理，並對該技術在民用飛機上的應用前景進行了展望。

　　SLM設備研究情況

　　在國外，SLM設備研究主要集中在德國、法國、英國、日本、比利時等國家。德國對SLM技術及設備研究早，技術也比較成熟。第一臺SLM設備由德國MCP公司推出。目前德國EOS公司是全球最大，同時也是技術最領先的雷射粉末熔化增材製造成形系統的製造商，目前設備主要有EOSINTM280（圖1）和EOSINTM400兩款。EOSINTM280雷射燒結系統採用的是Yb-fibre雷射發射器，高效能、長壽命，光學系統精準度高。M280能成形的零件最大尺寸為250mm×250mm×325mm。而最新推出的EOSINTM400設備選用的雷射器功率更高，能成形的結構件尺寸更大，最大尺寸達到400mm×400mm×400mm。德國的EOS公司在國內銷售業績良好，國內多家單位採購了EOS公司的SLM設備。

　　圖1EOS公司INTM280設備

相關焦點

  • 「神秘」的雷射選區熔化成形技術
    歐洲航天局表示，金屬增材製造技術，也就是我們所熟知的3D列印技術，可以用來製造一種能夠抵抗3000℃的用在核聚變反應堆和火箭噴嘴的鎢合金部件。這其中採用的是一種當年美國要求中國不要外洩的「神秘」雷射選區熔化成形技術（Selective Laser Melting，SLM）技術。
  • 選區雷射熔化技術用於快速成型
    選區雷射熔化成型技術為功能零件、醫療定製化產品的快速製造提供了有效可行的方案。                  隨著分層製造技術（Layer Manufacturing）的發展，其研究熱點轉變到快速直接製造上。目前直接成型金屬零件的快速成型方法包括雷射立體成型、選擇性雷射燒結與選區雷射熔化技術。雷射立體成型技術使用的是大功率雷射器，由於雷射光斑較大，雖然可以得到冶金結合金屬零件，但其尺寸精度和表面光潔度不好。
  • 中國雷射選區熔化成形技術達國際先進水平
    近日，渭南市科技局組織中航工業西安航空動力控制有限公司、中國電子科技集團公司第二十研究所、西北工業大學等相關院校7名專家教授，在渭南高新區3D列印產業培育基地對陝西增材製造研究院有限責任公司和西安鉑力特雷射成形技術有限公司共同完成的「基於雷射選區熔化成形技術的多墾合金結構件的設計與製造」技術成果進行了評審，與會專家在聽取了項目工作、技術和查新報告
  • 金屬成型技術革命-金屬選區雷射熔融技術
    自上世紀80年代3D列印技術，又稱增材製造，如圖1所示。開創以來，各界普遍預期該技術將革新複雜零件的製造，從醫療植入物到噴氣發動機部件。選區雷射燒結SLS技術催生了許多新興的三維列印技術，如近年來發展迅速的電子束熔化技術，在真空環境下，用30至60kV的電壓產生的電子束熔化金屬粉末。
  • 金屬增材製造技術在民用航空領域的應用與挑戰
    金屬增材製造技術分類及特點在民用航空領域主要應用的金屬增材製造技術有兩類，一類是粉末床熔融技術，如選區雷射熔融（Selective Laser Melting，SLM）、電子束熔化（Electron Beam Melting，EBM）。
  • 選區雷射熔化成形過程中不同參數對溫度場的影響(一)
    選區雷射熔化成形技術（SelectiveLaser Melting，簡稱SLM）是近十幾年才發展起來的新型快速成型（RapidPrototyping）技術。該技術能直接製造形狀複雜、機械性能良好、高精度、緻密度近100％的金屬零件，無需或僅需簡單後處理（如噴砂、拋光等）即可直接投入實際使用。
  • 「雷射選區熔化成形設備」大訂單!易加三維中標3臺四雷射600mm大...
    打開APP 「雷射選區熔化成形設備」大訂單！易加三維中標3臺四雷射600mm大尺寸設備 南極熊3d列印 發表於 2021-01-13 11:49:26 2021年1月13日，我們在南極熊的「3D列印招投標」專欄發現，國內又產生了一個「雷射選區熔化成形設備」大訂單，3臺列印尺寸達
  • 大族雷射陳焱:雷射金屬3D列印技術及其發展趨勢分析
    2016年3月15日，由OFweek中國高科技行業門戶主辦、OFweek雷射網承辦的「第四屆OFweek先進雷射技術及應用研討會」在上海證大麗笙酒店2樓木蘭廳隆重舉辦。大族雷射副總裁陳燚在本次會議上發表了「雷射金屬3D列印技術及其發展趨勢分析」主題演講，主要介紹了3D列印技術原理及國內外研究現狀、大族雷射3D列印應用以及雷射金屬3D列印技術發展趨勢。　　3D列印，即快速成形技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層列印的方式來構造物體的技術，國外稱為增材製造，基本原理是離散-堆積原理。
  • 無需大型粉末床的多材料選區雷射燒結3D列印技術
    選區雷射燒結（SLS）是廣泛使用的增材製造-3D列印技術之一。近年來，SLS 3D列印技術在列印精度和速度方面得到了發展。例如德國 EOS 公司推出了可實現精密、堅固零部件生產的FDR 選區雷射燒結技術，通過該技術製造的零件表面擁有精密細節解析度且最小壁厚僅為 0.22 mm；與 FDR 技術相比，EOS還推出了旨在最大限度提高生產率的LaserProFusion 選區雷射燒結技術，該技術的曝光速度不受組件的幾何形狀影響，可根據批量生產的要求靈活調整，縮短產品開發時間，在許多應用中甚至可以替代注塑成型。
  • 無需大型粉末床的多材料選區雷射燒結3D列印技術
    選區雷射燒結（SLS）是廣泛使用的增材製造-3D列印技術之一。近年來，SLS 3D列印技術在列印精度和速度方面得到了發展。例如德國 EOS 公司推出了可實現精密、堅固零部件生產的FDR 選區雷射燒結技術，通過該技術製造的零件表面擁有精密細節解析度且最小壁厚僅為 0.22 mm；與 FDR 技術相比，EOS還推出了旨在最大限度提高生產率的LaserProFusion 選區雷射燒結技術，該技術的曝光速度不受組件的幾何形狀影響，可根據批量生產的要求靈活調整，縮短產品開發時間，在許多應用中甚至可以替代注塑成型。
  • 金屬雷射增材製造技術發展研究
    一、前言雷射增材製造（LAM）屬於以雷射為能量源的增材製造技術，能夠徹底改變傳統金屬零件的加工模式，主要分為以粉床鋪粉為技術特徵的雷射選區熔化（SLM）、以同步送粉為技術特徵的雷射直接沉積（LDMD）[1]。目前 LAM 技術在航空、航天和醫療領域的應用發展最為迅速 [2~4]。
  • 增材SCI丨選區雷射熔化成形仿生雙曲點陣結構的微觀結構及力學行為
    丨影響因子 4.652丨原文標題Laser additive manufacturing of bio-inspired lattice structure: Forming quality, microstructure and energy absorption behavior丨作者 南航顧冬冬教授團隊丨關鍵詞選區雷射熔化
  • 專訪清華大學林峰:電子束和雷射選區複合金屬3D列印技術
    南極熊專訪清華大學林峰教授 林峰教授主要的研究領域為電子束選區熔化（EBSM）增材製造（3D列印）技術，該技術利用高能電子束在三維模型數據的驅動下直接製造高度緻密的金屬實體零件。該技術可廣泛應用於新金屬材料研發、高性能複雜零件製造、航空航天零部件和個性化醫學植入體製造等領域。
  • 鋁合金雷射焊接技術的應用與發展
    隨著雷射技術和鋁合金研製技術的發展，進一步開展鋁合金雷射焊接應用技術基礎研究、開發鋁合金雷射焊接新工藝，更有效地拓展鋁合金雷射焊接結構的應用潛力，從而了解鋁合金雷射焊接技術的應用現狀及發展趨勢就顯得尤為重要。
  • 雷射全息技術在我國的應用與發展現狀是什麼樣？
    2020年是雷射全息發明60周年，雷射全息技術和應用的發展極大地改變了世界。黨的「十九大」確定了2035年基本實現社會主義現代化和躋身創新型國家前列的戰略目標，這為雷射全息技術和應用帶來了前所未有的發展機遇，也對雷射全息技術與應用的發展提出了高標準的要求。雷射全息技術目前在我國的應用於發展現狀是什麼樣呢？
  • 基於同步輻射X射線成像的選區雷射熔化Ti6Al4V合金缺陷致疲勞行為
    雷射天地導讀：基於自主研製的原位疲勞試驗機和高分辨同步輻射X射線三維成像技術，採用Feret直徑和極值統計方法定量表徵選區雷射熔化Ti-6Al-4V合金的缺陷特徵尺寸、數量、位置及形貌，原位觀測疲勞裂紋的萌生與擴展行為，通過辨識疲勞斷口源區的缺陷特徵，開展缺陷誘導的疲勞損傷評價研究，從而建立缺陷特徵與疲勞壽命之間的關係
  • 實地探訪通快雷射金屬熔化增材製造實驗室,行業巨頭!
    以雷射技術起家的德國通快（TRUMPF），擁有自主生產的3D印表機核心器件——雷射器（甚至荷蘭ASML高端光刻機中的雷射器也是出自通快），同時為了適應中國市場的快速變化，也制定了很多本地化的策略。2020年12月24日，南極熊來到江蘇太倉，實地探訪了通快（TRUMPF）的雷射金屬熔化增材製造實驗室以及整個雷射加工應用中心，並參觀了通快金屬3D印表機的客戶太倉黑龍智能工業科技有限公司。
  • Fraunhofer IWS通過綠色雷射熔化純銅實現複雜產品的3D列印
    關於銅的3D列印技術呈現出越來越經濟多樣的發展態勢，本期3D科學谷與谷友進一步來了解Fraunhofer ILT雷射研究所推出通過綠色雷射熔化純銅的解決方案後，其兄弟研究所Fraunhofer IWS材料與束技術研究所在實現複雜銅產品的3D列印方面的收穫。
  • Al6061 鋁合金雷射熔化3D列印熱裂紋問題的解決方法
    2019年以來陸續商業化的高強度鋁合金3D列印材料，為原來必須通過鍛造來實現的零件加工打開了一扇嶄新的大門，結合3D列印所釋放的設計自由度，鍛造鋁合金增材製造技術將在壓力容器、液壓歧管、託架、高強度結構件領域獲得想像力巨大的市場空間。新型3D列印鍛造鋁合金材料的開發仍在繼續發展。
  • Al6061 鋁合金雷射熔化3D列印熱裂紋問題的解決方法
    根據SmarTech，增材製造鋁合金材料的全球供應鏈似乎已經「越過門檻」，成為支持增材製造技術的下一代機遇。但長期以來，在3D列印鋁合金材料中，僅少數Al-Si基鑄造合金已實現無裂紋加工。焊接性較差的鍛造鋁合金，由於高的熱梯度會促進柱狀生長並因此引起熱裂紋，因此鍛造級鋁合金的增材製造應用受到了很大的限制。