一、        简介：

激光3D打印技术是一个涉及激光、材料、机械、信息等多学科的现代数字化制造技术，涉及到打印装备设计与制造、自动化控制系统、软件开发与应用、新材料开发等多个方面的技术难题。

大连理工大学材料科学与工程学院姚山教授领导的技术开发团队开发了一种新的激光3D打印方法：基于轮廓失效的激光3D打印法（PIRP法），图1为该方法原理图。该激光3D打印方法以覆膜粉末为材料，激光沿着二维轮廓进行切割形成三维分型曲面，再通过整体加热固化，剥离分型面以外的废料获得所设计的零件。成型件的强度、致密度、尺寸精度能达到覆膜粉末烧结成形的水平。

 

图1  PIRP法技术原理图

   

技术开发团队前期在学科建设经费、各横向课题经费、技术转让资金、自然科学基金、国防预研项目等经费支持下在大连理工大学校内已累计投入数百万元用于技术研发平台的建设，自主研发了不同规格的3D打印设备，如图2所示。

1800×1400×800（mm）

图2  不同规格的3D打印设备

 

将“PIRP”法与快速铸造技术相结合获得的金属件的尺寸精度和表面粗糙度接近精密铸造的水平，是目前技术条件下最适用于复杂形状零部件及模具制造的3D打印方法之一。

技术开发团队与部分单位合作，针对大型复杂金属零件、金属模具、文化创意等领域开展应用，取得了显著成果，证实了该技术的成熟性和可靠性。图3和图4为工程巨型轮胎花纹块模具及具有复杂内腔结构的骑车水道模具的制造。

图3  工程巨型轮胎花纹块模具的制造

图4  具有复杂内腔结构的汽车水道模具的制造

 

通过技术应用的验证：该技术在大型复杂金属零件和金属模具的单件、小批量快速制造等方面，具有近净形、快速、高效等明显优势，可有效缩短企业新产品的研发周期，降低生产成本，大幅提高企业的技术水平和竞争能力。

二、        应用范围：

超大幅面激光3D打印技术及装备主要用于大尺寸样件的原型制造、复杂金属零部件及金属模具的快速制造，工业新产品的快速试制，文化创意类产品的快速开发等。

三、        获得的专利等知识情况

该激光3D打印技术在打印原理上实现了源头创新，且加工尺寸的进一步增加在技术原理上不受任何限制。相关核心技术已经获批两项国家发明专利：

1) 基于覆膜粉末材料轮廓线扫描的激光快速成型方法(ZL 200510200779.2)

2)复杂形状几何体的覆膜粉体激光选区失效整体成型方法 (ZL 200710010885.3)