進入2017年，金屬3D打印（yìn）繼續在新聞端發（fā）酵，其應用也得到了更多行業（yè）的肯定（dìng），比如西門子3D打印的葉片經受住了高溫的考驗。而（ér）激光近淨成形（xíng）技術，以其能夠（gòu）實現梯度材料、複雜曲（qǔ）麵（miàn）修複（fù）等功能而深受（shòu）工業界的（de）寵愛。而憑（píng）借（jiè）這一特點（diǎn），LENS技術當仁（rén）不讓的成為了鏈接傳（chuán）統製造與（yǔ）3D打印的橋梁，在大型器件的修複上正（zhèng）在不斷地（dì）發揮（huī）著作用。靖（jìng）哥有幸邀請到了寧福達博士，為大家深刻解讀激光近淨成形技術。靖哥3D打印，3D打印（yìn）的高知（zhī）平台。

 

背景

激光近淨成形技術（shù）LENSTM是激光3D打印(3D Printing) / 增（zēng）材製造 (Additive Manufacturing) 技術的一種，通過激光在（zài）沉積區域產生熔池並持（chí）續熔化粉末或絲狀材料而逐層沉積生成具（jù）有三維形貌尺寸的零部件。這種技術由美國桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratory）於上世紀90年代研製（zhì），使快速（sù）成（chéng）型技術進入到（dào）了嶄新（xīn）階段。隨後，美國Optomec公司將LENSTM技術進行商業開發和推廣，並逐漸推出成品機床LENSTM 450/850等設備。

 

技術原理

與其他3D打印技術相同，在LENSTM技術過程中，計算（suàn）機首先將三維CAD模型（xíng）進行分層切片，得（dé）到每一層的二維平麵輪廓數據並轉化為（wéi）打印設（shè）備數控（kòng）台的運（yùn）動軌跡。高能量（liàng）的激光束 (laser beam) 會（huì）在基（jī）體底板 (substrate) 上生成熔池 (molten pool)，同時金屬粉末束流 (powder stream) 以一定的供（gòng）給速度（約100cm3/小時）噴射至熔池並快速熔化凝（níng）固，通（tōng）過點 – 線的方式來生成每一層的目標截麵幾何形狀，這樣層層疊加 (layer-by-layer) 製造出近淨形的零部件實體。具體打印過程如圖1所示[1]。

 

 

 

成型材（cái）料

目前，LENSTM技（jì）術主要用於打印一些比較（jiào）成熟的商業（yè）化金（jīn）屬合金（jīn）粉末材料，包括不鏽鋼304/316，工具鋼H13，鈦合金Ti6-4，鎳基合金IN625/IN718等（děng）。同時，這（zhè）些合金材料的其他牌號以及銅、陶瓷、金屬基（jī）複合材料等也正在研發中。具體材料分類（lèi）和牌號詳見表1（數據來源於Optomec公司）。

 

 

 

技術優點與（yǔ）瓶頸

LENSTM技術可以針對中小規模生（shēng）產的零件實現（xiàn）無模製造，節（jiē）約成本，縮短生產周期。尤其對於那些高性能的、成本（běn）高的零件製造（zào）具有巨大的技（jì）術應用價（jià）值。同時該技術解決了複雜曲麵零部件在傳統製（zhì）造（zào）工藝中存在的切削加工困難、材料（liào）去除量大、刀具磨（mó）損嚴（yán）重等一（yī）係列問題。此外，與其他的粉床3D打印工藝（yì）如選擇性電子束燒結/熔融（selective laser sintering/melting）（詳見靖哥3D打印 | 第39期（qī） 金（jīn）屬3D打印（yìn），電子束有何“神通”?）相比，LENSTM技術（shù）具備（bèi）特（tè）有的優（yōu）勢，包括可以打印功能梯度材料、零部件的修複和再（zài）製造、較小的（de）熱（rè）影響區（heat affected zone）等等[2]。

 

美國賓州州立大學通過LENSTM技術打印（yìn）出不鏽鋼304L和鎳基合金IN625的功能梯度（dù）材料（圖2）。基座由20層不鏽鋼（gāng）材料打（dǎ）印而（ér）成，在之後的24層（céng）梯度材料區域內，不鏽鋼材料的體積含量（liàng）每層減少4%，同時鎳基合金每層增（zēng）加4%，直至頂部區域打印出100%鎳基合金含（hán）量的（de）材料。功能梯度材料件使（shǐ）得零件不同區域具有各異的材料特性，並可（kě）應用於（yú）一些極端工況。

 

 

 

當（dāng）然（rán），LENSTM技術也遇到了（le）一些瓶頸，主要包括粉末材料利用率較低，熱應力大，零件存在內（nèi）部缺陷如（rú）孔隙/裂紋（wén）（圖（tú）3）和（hé）不規則顯微組織（圖4），這將影響零件的（de）質量和（hé）力學性能。

 

 

 

 

 

應用

LENSTM技術目前主要應用（yòng）於航空航天、汽車、船舶等領域，用於製造或修複航空發動機（jī）和（hé）重型燃氣輪機的葉輪葉片以及輕量化的汽車零部件等。圖5為運（yùn）用LENSTM技術實（shí）現發動機葉片（piàn）的製造/修複的應用。該技術可以實現對磨損或破損的葉片進行（háng）修複和再製造的過程，從而大大降低葉片的製造成本，提高（gāo）生產（chǎn）效率。LENSTM技術還被報道成功用於修複W87導彈外罩上具有曲麵幾何特性的凸緣結合部分，如圖6所示。除（chú）此之外，LENSTM技（jì）術已經（jīng）逐漸開始用（yòng）於製造醫療（liáo）器械和植入物。圖7運用CT掃描（miáo）生成骨頭（tóu）和植入物的3D模型以（yǐ）滿足植入物與患者（zhě）局部解剖結構上的高度（dù）匹配。LENSTM技術通過精確控製橫斷麵輪廓，有效實現個體化植入物的製造（zào）。

 

 

 

 

展望

 

LENSTM技術以其特有（yǒu）的加工優（yōu）勢將會被應用（yòng）到越來越廣泛的工業領域，如何結合後處理（post-processing）以及輔助技術（assisted-technique）使LENSTM技術（shù）能夠打印出精度更高、性能更好的零部件（jiàn）將會是今後的研究（jiū）趨（qū）勢（shì）。

快猫视频APP下载安装(上海)增材（cái）製造技術有限（xiàn）公司是國內3D金屬打印粉末專業的材料供應商，公司成立於2016.8，是一家科技創新（xīn）型企業，專業致力於3D金屬粉末耗材開發與（yǔ）工藝開發設計，為增材製造提供材料

應用（yòng）技術解決方案。

 

快猫视频APP下载安装(上海)增材製造技術以金屬3D打印鎳基高溫合金粉、鈷合金粉、鈦合金粉、模具鋼粉為核心，生產的球（qiú）形金屬合金粉粒徑超細、高（gāo）純（chún）度、低（dī）含氧（yǎng）量（liàng）、高球形度、成（chéng）分無偏析（xī）而（ér）廣泛用於（yú）航空航天、汽車電子和模具中。

 

快猫视频APP下载安装(上海)增材製造技術具備完善的產品研發和嚴格的粉末生產控製（zhì）能力，能滿足苛刻環境中（zhōng）的（de）粉末應用要求，為用戶（hù）提供高品質的合（hé）金球形粉，加快了高端球形粉國產化進程。