光纤激光打标机——激光领域加工方法的新进展
(一)激光快速成型
激光快速成型技术是激光技术与计算机技术相结合的一项高新制造技术,主要功能是将三维数据快速转化成实体,具有很大效益。其基本原理是先在计算机中生成产品的CAD三维实体模型,再将它“切成”规定厚度的片层数据(变换成一系列二维图形数据),用激光切割或烧结办法将材料进行选区逐层叠加,形成实体模型。成型原理如图2所示。
逐层叠加有以下几种方法:
1.液相树脂固化法(SL)。材质是光敏树脂,紫外波段激光作平面选区扫描照射,使树脂按指定区域固化(悬空部分需设支撑)。机床作下沉运动,使已成型部分浸没于液面之下。这种方法的优点是零件表面光滑,变形小;缺点是强度低,树脂价高且保存期短。
2. 选区烧结法(SLS)。材质有石蜡、塑料、尼龙、陶瓷、包覆金属和裸金属等,均为粉末状态。用50~100W的CO 2
激光器作烧结工具,激光束作二维选区扫描,使粉末“烧结”成型。机床须具备送粉、铺粉、刮平及预热等功能。这种方法价格便宜,精度较高(±0.1mm),可直接代替木模制砂型。金属零件的快速制造,金属粉末烧结的关键是防氧化和热传导,一种方法是在金属粉末外涂覆粘合剂,用激光选区照射,粘合剂热溶粘接成型后,将零件由粉末中取出,再往缝隙中灌注金属制成零件。另一种新研究的方法是用无涂覆的金属粉末直接烧结制造零件,如用铜、镍或铝粉,颗粒度在
22.5~90μ m间用600W的YAG激光烧结。采用这种方法加工的零件材质会出现空隙,为改善空隙,也有采用选区激光直接喷涂叠加成型,原材料为粉状
Inconel625,用3kW射频激励的CO 2 激光作光源。
3.叠层粘接法(LOM)。材质是纸,经背面涂粘接剂等处理。选用25~50W的 CO 2
激光平面切割机构,机床完成纸带的送进铺平及滚压(粘接)等功能。成型零件尺寸较大,强度较高,但精度较低,腔形零件腔内排废纸难,零件抗潮性差。为此,采用后置表面涂覆环氧加铝粉处理,可大大提高纸质的耐温、耐潮湿变形和强度等性能。
快速成型零件还有几种不用激光作工具的方法,如三维打印(FDM)法,固基光敏液相掩模造模造型(SGC)法以及电弧或喷涂添加法等。
上述诸多快速成型法为零件由设计到生产提供了经济、准确、快速的工艺路线。