金属粉末技术研究现状

    金属粉末烧结成型技术是国际上当前的热点研究领域，可以自动迅速地从三维CAD模型直接制得形状复杂的金属零件或模型，其制造方法主要包括选择性激光烧结（SLS）和激光熔覆制造两种技术。

选择性激光烧结（SLS）

（1）SLS原理

    选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末[2,3]，并使烧结成形的固化层，层层叠加生成所需形状的零件。首先由CAD产生零件模型，并用分层切片软件对其进行处理，获得各截面形状的信息参数，作为激光束进行二维扫描的轨迹，由激光发出的光束在计算机的控制下，根据几何形体各层截面的坐标数据有选择地对材料粉末层进行扫描，在激光辐照的位置上粉末烧结在一起，一层烧结完成后，再铺粉进行下一层扫描烧结，新的一层和前一层自然地烧结在一起，最终生成三维形状的零件。

（2）SLS的特点

    与其它传统制造方法相比，选择性激光烧结技术的突出优点是：

①具有高度的柔性，在计算机的控制下可方便迅速地制作出传统加工方法难以实现的复杂形状的零件，例如具有复杂凹凸部分及中空的零件。

②技术高度集成，综合集成了计算机技术、数控技术、激光技术和材料技术。

③生产周期短，该技术从CAD设计到零件的加工完成只需几小时到几十小时，特别适合于开发新产品。

（3）研究现状

    选择性激光烧结技术得到了广泛的应用，特别是直接生产金属零件和金属模具。美国DTM公司用SLS2000系统成功制作出了钢-铜合金的注塑模具。德国汉诺威激光中心采用Nd∶YAG脉冲激光器和光学扫描系统，试验了不同粒度的镍、铜、铝、青铜等合金材料。国内，中北大学铸造中心和南京航空航天大学特种加工研究室开展了选择性激光烧结技术的基础研究，目前南京航空航天大学特种加工研究室已完成了单层烧结试验，在粉末配比及激光烧结参数的选择方面均获得了比较好的结果。他们在此基础上进行了多层烧结的初步尝试，已烧结出形状简单的二维实体零件。中北大学则在选择性激光烧结的基础上研制了变长线扫描SLS RPT，是世界上首次采用的新颖快速成型方法。

    一般SLS RPT是将CO2激光器的输出光束通过聚焦透镜在工作面上形成具有很高能量密度且尺寸很小的光斑，此光斑对铺平在工作台的粉末材料进行烧结，而变长线扫描 SLS RPT是将激光束通过柱面透镜在工作台上形成具有与上述光斑相同能量密度的细长线束，具有成型尺寸大、成型效率高的优点。而且对金属粉末的选择性激光快速烧结技术国内也只有中北大学进行了一系列的研究，并且对于成型件的后处理如渗铜、高温烧结的工艺进行了研究，取得了显著成果。

发展前景及存在的问题

    金属粉末的激光快速成型技术集计算机辅助设计、激光熔覆、快速成型于一体，在无需任何硬质工模具或模型的情况下，能快速制备出不同材料的复杂形状、多品种、小批量的零件，所成型零件致密度高，具有快速凝固组织特征，能满足直接使用要求，在航天器件、飞机发动机零件及武器零件的制备上具有广阔的应用前景。还可通过改变成型材料，得到不同部位由不同材料组成的零件，与计算机相结合，发展材料的智能制备系统。

    从上世纪90年代初开始，探索实现金属零件直接快速成型制造的方法已成为RP技术的研究热点，随着大功率激光器的出现，使得采用快速成型方法直接制造金属零件成为可能，国外xx的RP技术公司均在进行金属零件快速成型技术研究。探索直接制备满足工程使用条件的金属零件的快速成型技术，将有助于快速成型技术向快速制造技术的转变，能极大地拓展其应用领域。此外，利用逐层制造的优点，探索制造具有功能梯度、综合性能优良、特殊复杂结构的零件也是一个新的发展方向。而快速成型技术与传统制造技术相结合，形成产品快速开发—制造系统也是一个重要趋势。

    当前，技术的成型精度为0.01mm数量级，表面质量还较差，有待进一步提高。最主要的是成型零件的强度和韧性还不能xx满足工程实际需要，完善现有快速成型工艺与设备，提高零件的成型精度、强度和韧性，降低设备运行成本是十分迫切的。