自1960年第一臺(tái)激光器問(wèn)世以來(lái)，激光技術(shù)的研究及其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)加工方法相比，激光加工技術(shù)具有高相干性、高方向性和高亮度已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、科學(xué)研究及日常生活中，尤其是近20年來(lái)，激光制造技 術(shù)已經(jīng)滲入到諸多高新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，其中最突出的是，最近十多年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家推出的集精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)、數(shù)控、激光、新材料于一體的全新制造技術(shù)——快速成形技術(shù)(又稱3D打印技術(shù))，應(yīng)用這種技術(shù)開(kāi)發(fā)的設(shè)備——快速制造系統(tǒng)，近年以40%以上的高增速發(fā)展。

　　激光快速成型技術(shù)概述

　　激光快速制造技術(shù)(LRMT)又稱激光 快速成形技術(shù)或激光3D打印技術(shù)，是一種借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，或用實(shí)體反求方法采集得到有關(guān)原型或零件的幾何形狀、結(jié)構(gòu)和材料的組合信息，從而獲得目標(biāo)原型的概念并以此建立數(shù)字化描述模型，之后將這些信息又輸?shù)接?jì)算機(jī)控制的光、機(jī)、電集成的激光快速成形制造系統(tǒng)，利用激光為工具，通過(guò)逐點(diǎn)、逐面進(jìn)行材料的“三維堆砌”成形，再經(jīng)過(guò)必要的處理，使其在外觀、強(qiáng)度和性能等方面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，達(dá)到快速、準(zhǔn)確地制造原型或?qū)嶋H零件、部件，而無(wú)需傳統(tǒng)的機(jī)械加工機(jī)床和模具的技術(shù)。

　　從廣義的范疇來(lái)說(shuō)，快速成形屬于添加成形;而從狹義的角度來(lái)講，快速成形應(yīng)該屬于離散/堆積成形，即依照計(jì)算機(jī)上構(gòu)成零件三維設(shè)計(jì)模型，利用快速成形機(jī)對(duì)其進(jìn)行分層切片，得到各層截面的二維輪廓圖，并按照這些輪廓圖逐步順序疊加成所要成形的實(shí)體。

　　激光快速制造的全過(guò)程可以歸納為以下三個(gè)步驟： 前處理 它包括零件三維模型的構(gòu)建、三維模型的近似處理、模型成形方向的選擇和三維模型的切片處理、拋光和表面強(qiáng)化處理等。 分層疊加自由成形 根據(jù)切片處理的截面輪廓，在計(jì)算機(jī)控制下，相應(yīng)的成形頭(激光頭或噴頭)按各自截面輪廓信息做掃描運(yùn)動(dòng)，在工作臺(tái)上一層一層的堆積材料，然后將各層相黏結(jié)，最終得到原型產(chǎn)品。

　　后處理

　　從成形系統(tǒng)里取出成形件，進(jìn)行剝離、后固化、修補(bǔ)、打磨、拋光、涂掛，或放在高溫爐中進(jìn)行最后的燒結(jié)，進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。目前激光快速制造技術(shù)的研究，根據(jù)對(duì)象和功能的不同，可分成兩大類，即快速原型制造和金屬零件快速直接制造技術(shù)。

　　激光快速制造技術(shù)是近年來(lái)增長(zhǎng)最快的工業(yè)領(lǐng)域之一。相對(duì)于傳統(tǒng)的制造加工過(guò)程，按照零件的復(fù)雜程度和采用的方法不同，往往需要幾周甚至幾個(gè)月的加工時(shí)間。基于計(jì)算機(jī)對(duì)物體幾何形狀、結(jié)構(gòu)與連接狀態(tài)的描述，激光快速制造技術(shù)的制造時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí)便可完成。可以預(yù)見(jiàn)，激光快速制造技術(shù)將對(duì)當(dāng)今材料的生產(chǎn)、加工過(guò)程和制造工程產(chǎn)生重要的影響。

　　激光快速成型技術(shù)的研究

　　近幾年基于激光技術(shù)的快速制造技術(shù)(LRPT)處在飛速發(fā)展之中，呈現(xiàn)三個(gè)特 點(diǎn)：一是新的激光快速制造工藝不斷涌現(xiàn); 二是配套硬件和軟件不斷完善;三是應(yīng)用領(lǐng) 域日益拓寬。近期發(fā)展的LPRT技術(shù)主要有立體光 造型(SLA)技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)(SLS) 技術(shù)、激光薄片疊層制造(LOM)技術(shù)、激 光熔覆成形(LCF)技術(shù)、激光近成形 (LENS)技術(shù)、直接光學(xué)制造(DLF)技 術(shù)、金屬激光燒結(jié)工藝(DMLS)及形狀沉 積制造(SDM)技術(shù)。下面簡(jiǎn)要介紹幾種主要激光快速成形 技術(shù)的概況。

　　2.1激光立體印刷成型技術(shù)

　　激光立體印刷成形(Stereo Lithography Apparatus，SLA)又稱光敏液 相固化、立體光刻、立體造型等，是一種最 早出現(xiàn)的快速成形方法，也是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的的一種快速成形方法。該技術(shù)以光敏樹(shù)脂(如丙烯基樹(shù)脂)為原料，采用計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光以預(yù)定 原型各分層截面的輪廓信息為軌跡逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的樹(shù)脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng) 后固化，從而形成一個(gè)薄層截面。當(dāng)一層固化后，向下(或向上)移動(dòng)工作臺(tái)，在剛剛 固化的樹(shù)脂表面布放一層新的液態(tài)樹(shù)脂，再 進(jìn)行新一層掃描、固化。新固化的一層牢固的黏合在前一層上，如此重復(fù)至整個(gè)原型制造完畢。制造過(guò)程依賴于激光束有選擇性地 固化連續(xù)薄層的光敏聚合物，通過(guò)分層固化，最終構(gòu)造出三維物體。

　　其成型設(shè)備又稱“立體平版印刷設(shè)備”，是最早出現(xiàn)的一種商品化的快速成形機(jī)，它由液槽、可 升降工作臺(tái)、激光器、掃描系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)等組成。其中，液槽中盛滿液態(tài)光敏 聚合物(通常20~200L)。帶有許多小孔洞 的可升降工作臺(tái)在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下能沿 高度Z方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。激光器為紫外(UV)激光器，如氦鎘(He-Cd)激光器、氬離子(Ar)激光器和固態(tài)激光器，其功率一般為10至200mW，波長(zhǎng)為320至370um(處在中紫外至近紫外波段)。掃描系統(tǒng)為一組定位鏡，它能根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，按照每一截面輪廓的要求作高速往復(fù)擺動(dòng)，從而使激光器發(fā)出的激光束反射并聚焦于液槽中液態(tài)光敏聚合物的上表面，并沿此面作X-Y方向的掃描運(yùn)動(dòng)(如圖2所示)。在這一層受到紫外激光束照射的部位，液態(tài)光敏聚合物快速固化，形成相應(yīng)的一層固態(tài)截面輪廓。 SLA成形時(shí)，激光束按數(shù)控指令掃描，可升降工作臺(tái)的上表面處于液面下一個(gè)截面層厚的高度(通常為0.125至0.75mm)，該層液態(tài)光敏聚合物被激光束掃描發(fā)生聚合反應(yīng)而固化，并形成所需第一層固態(tài)截面輪廓后，工作臺(tái)下降一層高度，液槽中的液態(tài)光敏聚合物流過(guò)已固化的截面輪廓層，刮刀按照設(shè)定的層高作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，刮去多余的聚合物，再對(duì)新鋪上的這一層液態(tài)聚合物進(jìn)行掃描固化，形成第二層所需固態(tài)截面輪廓，新固化的一層能牢固的黏結(jié)在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)制作成形完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體原型。

　　1988年，美國(guó)3DSystem公司率先生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)SLA250型液態(tài)光敏樹(shù)脂選擇性激光固化快速造型機(jī)，其最近推出的辦公室用桌面3D打印機(jī)CubePro及Cube Pro，更是將3D打印技術(shù)進(jìn)一步推向民用。此外，目前世界上從事該技術(shù)研究的還有EOS公司、MEC公司及日本三菱公司下屬的CMET公司等。近年來(lái)，3D System公司又采用了一種稱之為Zephyer Recoating System的新技術(shù)，該技術(shù)是在每一成形層上，用一種真空吸附式刮板在該層上涂一層0.05~0.1mm的待固化樹(shù)脂，使成形時(shí)間平均縮短20%。