图2 德国EOS GmbH公司用选择性激光熔化
(SLM)工艺制造的全金属零件
激光多层(或称三维/立体)熔覆直接快速成形技术是在快速原型技术的基础上结合同步送料激光熔覆技术所发展起来的一项高新制造技术,其实质是计算机控制下的三维激光熔覆。由于激光熔覆的快速凝固特征,所制造出的金属零件具有均匀细密的枝晶组织和优良的质量,其密度和性能与常规金属零件相当。激光多层熔覆发展出了多种方法,其中最具代表性的是美国Sandia国家实验室(Sandia National Laboratories)研发的称作激光工程化净成形技术(Laser Engineered Net Shaping,简称LENS)的金属件快速成形技术。采用该方法已成功制造了不锈钢,马氏体时效钢,镍基高温合金,工具钢,钛合金,磁性材料以及镍铝金属间化合物工件,零件致密度达到近乎100%。图3为美国Sandia国家实验室以LENS技术制造的金属模具。
图3 美国Sandia National Laboratories用激光
工程化净成形工艺(LENS)制造的全金属模具
选择性激光熔化(SLM)技术和激光工程化净成形(LENS)技术由于成形件致密性好,且具有冶金结合组织及精度高,制成的模具寿命长的特点,已得到了工业界和学术界的普遍重视,在国外已推出了多种设备样机,有的甚至开始商品化了;而国内目前的研究和应用还处于起步阶段。
另外,还有一种基于激光精细切割的金属零件分层制造技术(LOM),具有可快速、低成本制造大型、复杂形状的模具的特点。日本中川威雄研究室早在80年代就应用金属薄板LOM技术实现了金属模具的分层快速制造。经过发展,金属薄板LOM技术已逐渐应用于诸如汽车等大型内外饰件模具及具有复杂流道注塑模的制造。
模具表面激光改性
模具表面处理一直是机械加工领域中所重视的问题。随着新技术新工艺的发展,有许多传统的处理方式已不太适用。对形状复杂的模具,最理想的表面处理方式是用激光进行,它几乎不变形,表面硬度比常规处理方式的硬度高,并且更耐磨,使用寿命更长。
1) 激光相变硬化
激光相变硬化又称激光淬火。由于激光淬火时冷却速度远远超过常规淬火冷却速度,从而可以获得极细的马氏体组织。激光相变硬化的优点为硬度较常规淬火高、变形小、可实现表面薄层和局部淬火,不影响基材的机械性能等。
2) 激光冲击强化
激光冲击强化是高功率密度、短脉冲的激光束与物质相互作用产生的强冲击波来改变材料表面物理及机械性能的技术。
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