刘 杰,杨永强

(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东 广州 510641)

浮雕是在平面上雕刻出凹凸起伏形象的一种雕塑艺术。它采用压缩的办法来处理对象,靠透视等因素来表现三维空间,能很好地保持三维物体在某个观测角度的外型轮廓和视觉效果,具有很强的艺术表现力。浮雕的应用已经遍及人类生活的各个方面,如:建筑装潢、标识匾牌、钱币、工艺制品等[1-2]。目前,针对金属材料的浮雕,大多采用数控雕刻的方式进行制造。

数控雕刻属于材料去除加工,会造成材料的浪费。同时,铝、镁、工具钢、钨钢和钛等难加工金属材料,很难雕刻出理想的效果。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一种利用金属粉末直接制造出相对密度接近100%近终端产品的新型快速成形工艺,是当前快速成形领域的研究热点[3-6]。采用光纤激光器的SLM设备,其输出激光能聚焦到30～50μm,非常适合应用于精密金属零件成形。与雕刻相比,采用SLM加工金属浮雕具有3个主要优点:①SLM属于添加式制造,能有效避免雕刻中的材料浪费;②SLM属于分层式制造,能制造任意复杂度的形状。用来制造具有空心结构的浮雕,能减少材料消耗;③SLM属于激光加工,理论上能被激光熔化的材料都可用于加工,能制造出更多种材质的浮雕。

在现实生活中,金属浮雕主要起到装饰的作用。外观是其主要内容,而对其力学性能的要求不用像零件一样高。在不影响外观的前提下,将金属浮雕内部做成空心结构,能有效减少材料的消耗。为此,本文将研究基于SLM的空心金属浮雕快速制造技术,主要包括浮雕的快速建模和空心浮雕SLM加工数据的生成。……