激光立體成形技術(shù)的基本原理與3D打印技術(shù)之LSF的介紹

　　激光立體成形技術(shù)（Laser Solid Forming，LSF）的基本原理是：首先在計(jì)算機(jī)中生成零件的三維CAD模型，然后將該模型按一定的厚度分層，切片。，即將零件的三維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成一系列的二維輪廓信息，再采用激光熔覆的方法按照輪廓軌跡逐層堆積材料，最終形成三維實(shí)體零件或需進(jìn)行少量加工的毛坯。圖1顯示了典型的LSF過程。

　　LSF技術(shù)加工示意圖 從LSF技術(shù)的原理來看，其成形思路與快速原型（Rapid Prototype， RP）技術(shù)完全一致，即采用全新的增材制造原理實(shí)現(xiàn)零件的成形。因此，它具有一些與RP技術(shù)相同的特點(diǎn)，如柔性好（無需專用工具和夾具）、高度集成、加工速度快等。

　　此外，該技術(shù)還具有RP技術(shù)所不具備的一些優(yōu)點(diǎn)：

　　1）顯著提高材料的力學(xué)和耐腐蝕性能。利用激光束與材料相互作用時(shí)的快速熔化和凝固過程，可以獲得細(xì)小、均勻、致密的組織，消除成分偏析的不利影響，從而提高材料的力學(xué)和耐腐蝕性能。表1是幾種材料的LSF件力學(xué)性能數(shù)據(jù)，從中可以看出，LSF件的力學(xué)性能已達(dá)到鍛件標(biāo)準(zhǔn)。

　　2）制造速度快、節(jié)省材料、降低成本。LSF技術(shù)直接使用金屬材料制作零件或近形件，后續(xù)的機(jī)械加工量很小，極大地節(jié)省了材料，同時(shí)省去了模具制造的周期和費(fèi)用，從而大幅度縮短了零件的加工周期。盡管大功率激光加工本身的成本較高，但在航空航天領(lǐng)域高性能零件的制造中其綜合成本仍然能夠有較大幅度的降低。表2是LSF技術(shù)與傳統(tǒng)鑄造和鍛造技術(shù)的綜合比較，從中可以看出，該技術(shù)應(yīng)用于航空用盤形零件時(shí)，其在材料利用率、研制周期、總成本等方面均優(yōu)于鑄造和鍛造技術(shù)。

　　3）可在零件不同部位形成不同的成分和組織，合理控制零件的性能。從成形原理上講，LSF技術(shù)是逐點(diǎn)堆積材料，因而可以很方便地在零件的不同部位獲得不同的成分，特別是采用自動(dòng)送粉熔覆的方式進(jìn)行成形時(shí)，通過精確控制送粉器粉末輸送流量，原則上可以在零件的任意部位獲得所需要的成分，從而實(shí)現(xiàn)零件材質(zhì)和性能的最佳搭配。這一點(diǎn)是傳統(tǒng)的鑄造和鍛造等成形技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。