金属零件选区激光熔化快速成型技术的现状及发展

选区激光熔化(SLM)是为了直接获得致密的金属零件而发展起来的一种新型快速成型工艺.该方法利用直径30～50 μm的聚焦激光束,把金属或合金粉末逐层选区熔化,堆积成一个冶金结合、组织致密的实体.其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理就可直接作模具或工具使用.阐述了目前SLM设备、工艺、软件等方面的现状、发展及应用.     

选区激光熔化快速成型制造精密金属零件技术

对金属粉末材料进行了自动化成型工艺实验，结合实验，研究了影响金属零件直接自动化成型的硬件因素、软件因素和材料因素。其中硬件的影响主要是激光的光束质量和功率、聚焦系统、扫描系统和铺粉系统等;软件的影响主要是扫描策略、切片软件的使用和CAD模型的建立等;材料方面的影响主要是材料的成分、熔点、粒度和粉末的粒径等。通过针对不同成分和粒度的粉末材料的实验，获得了从CAD模型到分层制造出金属实体的样件，结果表明，成型零件的致密度达100%，尺寸精度小于0.1 mm，是完全冶金结合的具有较高成型精度的金属零件。     

选区激光熔化直接成型个性化骨科手术模板

为了简化股骨肿瘤切除手术的操作,提高切除部位的准确性,根据患者计算机断层(CT)扫描和三维重建等临床影像学资料为股骨肿瘤切除手术设计了一种定位模板.利用自主研发的选区激光熔化(SLM)快速成型设备Dimetal-280进行了316 L不锈钢粉末的正交实验工艺研究,获得优化参数,并用该参数加工所设计的手术模板,加工速度快,成型后外形良好,尺寸精度高,在临床手术中获得成功应用,为个性化医学植入体以及辅助器械的高性能、自动化加工开辟了一种新方法.     

Ti-Ni合金选区激光熔化快速成型基础实验研究

选区激光熔化（SLM）是一种极具挑战力的新型快速成型技术，能一步加工出具有冶金结合，相对密度接近100%，具有复杂结构、高的尺寸精度及好的表面粗糙度的金属零件。选用适用于医学植入体的Ti-Ni合金材料进行了选区激光熔化成型实验研究。讨论了扫描速度、铺粉厚度、激光功率等加工参数对成型致密性及成型精度的影响。设计和成型了梯度网格结构，重点分析了翘曲变形现象的成因及消除方法，认为可通过特殊的扫描策略，减小成型件各处温差的方法有效消除成型件的翘曲变形。对成型样品的内部组织显微分析表明，成型样品达到了完全的冶金结合，内部由枝晶和等轴晶两种组织构成，其分布取决于扫描方式、扫描速度、激光功率等参数。     

选区激光熔化直接成型个性化舌侧托槽的研究

为了探讨应用选区激光熔化快速成型技术直接制造个性化金属舌侧托槽的可行性,采用3维激光扫描仪采集与重建牙颌模型数据,并以该数字模型为基础,应用3维软件进行了个性化舌侧托槽的CAD设计,再通过自主研发的选区激光熔化快速成型机直接制造出个性化金属舌侧托槽,并对托槽的直接成型质量进行了理论分析和实验验证。结果表明,3维激光扫描仪获得的牙颌模型数据可以满足个性化舌侧托槽设计要求;应用选区激光熔化技术能够制造出与实际牙颌模型相一致的个性化舌侧托槽,取得了个性化前牙槽沟宽度为0.471mm±0.009mm数据,前牙槽沟宽度CAD设计值为0.460mm,两者间没有统计学上的差异(p0.05)。这一结果对选区激光熔化技术直接制造个性化金属舌侧托槽的实际应用是有帮助的。     

光纤激光器及其在选区激光熔化快速原型制造中的应用

选区激光熔化（SLM）是一种直接由金属粉末或陶瓷材料成型产品的快速原型制造工艺,它从CAD原型出发建构几乎100％致密、具有良好机械性能的原型。这就需要其核心部件激光器具有光束模式好、光斑细、响应速度快的特点,而光纤激光器比起传统采用的YAG激光器可以更好地满足这些要求,从而为光纤激光器在SLM中的应用提供了无限的发展空间。目前,采用固体光纤激光器的SLM设备已经能用低熔点合金、锌、青铜、不锈钢和工具钢生产零件或模具嵌件。     

一种新的用于选区激光熔化快速成型扫描路径的生成算法

在激光逐层熔化金属粉末的过程中，扫描器要做频繁的扫描运动，因此选择合理的激光扫描路径一直是此技术研究的重点问题。提出了一种称为“消隐”的扫描路径生成算法。首先依次生成每个轮廓的轮廓扫描线，由于轮廓形状可能为凸多边形也可能为凹多边形，所以在生成各轮廓的扫描线时要增加一些特殊处理操作。为了减少重复计算的次数，将截面的所有轮廓划分为一系列的单连通区域，将处理后的各轮廓的扫描线，以单连通区域为单位应用消隐法生成层扫描线。之后按照就近原则对各单连通区域内部扫描线的输出次序进行优化，即可得到分块的最终扫描线，可以直接用于加工。测试表明，此算法通用性强，生成扫描线的速度较快。