激光快速成型(Laser Rapid Prototyping)技术简述

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快速成型（Rapid Prototyping, RP）中采用的技术和材料，正如其辅助设计的新产品一样，发展可谓日新月异。从环氧树脂到生物兼容的钴铬合金材料都能进行激光烧结，而且速度、定制化和精密程度都使得成型技术在传统和新市场的应用范围大大拓宽了。
* t" K, ~/ g0 U7 c8 R, A, Q; ~      通常被称为激光加层制造（Additive Layer Manufacturing, ALM）的激光烧结为产品开发和制造增加了柔性，这主要得益于其能够创造出到目前为止还不可能或者因成本过高而无法制造出的几何体。早期的ALM技术使用者遍布许多行业，包括航空航天、汽车、医疗，以及牙科；体育和娱乐产品的制造；以及一系列的塑料和金属产品供应商。
* C& ^4 P' `4 O# I      采用激光烧结技术的主要原因包括来自定制化产品的需求，创造复杂形体的需求，缩减生产时间，以及因产量过少无法通过传统工艺实现成本效率。
      快速成型（RP）是一种创新技术，它可以在几个小时内利用三维CAD设计的图形直接生产出复杂零件。自从1988年第一台快速成型系统出现以后，超过二十种以上的系统被开发，每一种系统都有一些细小的差别。最初，这些系统应用于汽车和航空领域，之后在许多其它的领域，例如玩具、电脑、珠宝及医药等领域都得到了应用。
      激光快速成型（Laser Rapid Prototyping：LRP）是将CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。与传统制造方法相比具有：原型的复制性、互换性高；制造工艺与制造原型的几何形状无关；加工周期短、成本低，一般制造费用降低50%，加工周期缩短70%以上；高度技术集成，实现设计制造一体化。
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2 r0 O- c- Q4 P    近期发展的LPR主要有：立体光造型(SLA) 技术；选择性激光烧结(SLS) 技术；激光熔覆成形（LCF）技术；激光近形（LENS）技术；激光薄片叠层制造(LOM) 技术；激光诱发热应力成形（LF）技术及三维印刷技术等。
   ◆立体光固化（SLA）
6 d8 R: g  U$ j& p$ P+ M$ Y　　SLA法是最早商品化、市场占有率最高的RP技术，它以光敏树脂为原料，计算机控制紫外激光按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，然后就可进行下一层的扫描加工。新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此反复直到整个原型制造完毕。
/ e. i: h& n' ]9 d/ p" {2 g- Z    ◆叠层法（LOM）
# j" m5 _+ d0 Q: V3 G　　LOM法出现于1985年。首先在基板上铺上一层箔材（如纸张），然后用一定功率的红外激光在计算机的控制下按分层信息切出轮廓，同时将非零件部分按一定的网格形状切成碎片以便去除，加工完一层后，再铺上一层箔材，用热辊碾压，使新铺上的一层在粘接剂的作用下粘在已成型体上，再切割该层的形状，如此反复直至加工完毕。最后去除切碎的多余部分，便可得到完整的零件。
    ◆激光选区烧结法（SLS）
; }7 L2 p* S- ?' x　　SLS法采用红外激光器作能源，使用的造型材料多为粉末材料。加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到一烧结好的零件。目前成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行烧结的工艺还在研究之中。
    ◆融熔沉积法（FDM）
8 H7 n( |0 H0 r, c/ F4 W　　FDM法是1988年发明的。喷头中喷出的熔化材料在X-Y工作台的带动下，按截面形状铺在底板上，一层一层加工，最终制造出零件。商品化的FDM设备使用的材料范围很广，如铸造石蜡、尼龙、热塑性塑料、ABS等。此外为提高效率可以采用多个喷头。