选区激光熔化技术是以选择性激光烧结技术为基本技术发展而来的,两者原理和进程都相似,其不同点是激光器的选择。选区激光熔化技术选用的激光器要求其功率密度比较高,而且要求光斑大小聚焦成数十微米。鉴于金属对二氧化碳激光的吸收效率不好,CO2激光器(功率约为50W)难以满足SLM的要求。在国外, SLM技术通常采用光束质量高的光纤激光器或者钇铝石榴石晶体激光器(功率约为100W)。此技术制造的构件能得到致密冶金结合,材料的致密度接近100%,表面粗糙度可以达到30-50μm,而尺寸精度可以达到0。1mm[4]。
选区激光熔化技术的优缺点有: (1)能一步制造出最终需要的合金构件,免去中间步骤。(2)可制造出密度100%的致密合金构件。(3)成形的构件具有较低的粗糙度,较高尺寸精度和较高的拉伸强度。(4)能制造出普通机床不能制造的形状复杂的构件。 (5)一般用于小批量生产。
1。1。3 电子束熔化成型技术
当三维打印技术从“成形”成为“制造”的发展过程中,采用激光技术的工艺在制造过程中要求激光器的功率不断加大,导致有关激光设备的成本大幅上涨。由于电子束具有功率大、无反射、能量利用率高和加工环境真空无污染等特点,从而使电子束在金属的增材制造方面有着很大的发展空间[5]。电子束熔化成型技术与SLS技术原理类似,但是其使用的热源为电子束。电子束熔化成型技术需要腔内的真空环境,而电子束枪一般安装在真空腔的顶部。加工过程中电子枪位置固定不动,由磁场控制电子束扫描,从而进行加工。电子枪中的一个灯丝通过电流加热,发射出电子束。电子束在加速引出极中被加速至二分之一的光速。然后由聚焦极和偏转极控制电子束。聚焦线圈产生的磁场的作用相当于一个透镜,把电子束的直径聚集到所需要的程度。之后,偏转线圈产生的磁场将电子束偏转至所要到达的位置。其原理图如图1。1。2所示。
图1。1。2 EBM技术原理图
电子束熔化成型技术的加工环境是真空的,因而其功率和环境质量得到了保证,由此保证了其产品的材料性能。
电子束焊接在很多领域内已经得到了重要的应用。其中有以下优点:
(1)光束半径小而功率大。(2)真空环境能有效地保护材料性能。(3)真空环境使材料几乎避免了氧化或者氮化。(4)可以熔合许多难以熔化的材料。
与SLS\SLM技术相比,EBM技术显示的优点有:
(1)电子束的效率特点可以降低能耗,电子束设备的成本低,维护容易。(2)生产率比较高。(3)电子束的扫描由磁场控制,无需透镜的运动,扫描速度得到了提高并且设备的机构变得简单。
EBM技术的缺点有:
(1)获得真空环境需要增加设备成本。(2)在电子束的产生和控制中可能会有X射线污染。
1。1。4 激光熔覆净成型技术
净成形技术或近净成形技术是指零件一次成形后精度能直接满足使用需求或经简单处理后就能满足需求的技术。LENS技术与其他激光成形技术的不同处在于其金属粉末的输送方式。激光束通过光学系统导入加工位置,加热金属使其熔化形成熔池。在惰性保护气体的压力下,粉末金属原料通过送粉器然后经送粉喷嘴进入熔池里。熔池中粉末熔化、凝固后形成一个直径较小的金属点。通过激光束的来回扫描,在逐层上重复以上过程,便可得到需要的形状产品。LENS与SLM相比,共同点在于制造进程当中金属粉末会完全熔化,经快速凝固后成为致密度近似100%的产品;而不同点在于,SLM是基于粉末床的金属产品的快速制造方法,而LENS则是在激光涂覆技术基础上发展起来的基于局域送粉的金属产品的快速制造方法[6]。目前LENS技术较多地应用在高价值金属航空航天零件的制造。