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LENS激光熔融風噴金屬3D打印技術

來源：南極熊瀏覽數：
責任編輯：傳說的落葉時間：2019-01-18 11:09

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[導讀]Optomec 的3D 金屬打印設備可以用于在產品的整個生命周期中進行材料的研發(fā)、功能性原型的設計、增材與切削的混合式加工制造、表面涂層、返工和修補。

激光熔融風噴金屬粉末成形(LENS)系統(tǒng)，是使用大功率激光將金屬粉末致密地熔融到三維基底結構上，從而實現金屬3D打印。它使用計算機輔助設計 (CAD) 文件所提供的幾何形狀數據，控制金屬材料的逐點逐層熔融堆積成型。它所配備的軟件和閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠確保3D打印過程的幾何完整性和機械可靠性。

LENS的工藝過程在充滿氬氣的密封工作腔內進行。工作腔內的氧氣和水份含量保持低于 10 ppm, 以確保部件的清凈和防止材料的氧化。金屬粉末原料是由Optomec 專有的、可精確調控流量的粉末輸運系統(tǒng)傳送到噴頭處。當完成了一個單層材料的熔融堆積之后, 粉末噴頭就會繼續(xù)移動到下一層。這樣, 整個固體部件就可以逐層被構造出來。對熔融堆積完成后的部件還可以進行加熱處理、熱等壓壓制或任何特定的機加工處理。

利用大功率激光、工藝參數控制和對整個工作環(huán)境的控制，使得LENS技術能夠有效地加工多種像鈦、不銹鋼、鉻鎳鐵合金那樣的高性能金屬材料,并能滿足特殊應用中所需的關鍵質量要求。

LENS技術，既可以作為獨立的系統(tǒng)來使用,也可以作為模塊化的打印裝置融入集成到現有的或新組建的 CNC 機床系統(tǒng)中。LENS金屬增材打印設備就可以與傳統(tǒng)的機械加工在同一平臺系統(tǒng)中工作,以利用現有的基礎讓機械師使用熟悉的用戶界面來操縱增材打印功能。

LENS 3D 增材打印機及其應用
Optomec 的3D 金屬打印設備可以用于在產品的整個生命周期中進行材料的研發(fā)、功能性原型的設計、增材與切削的混合式加工制造、表面涂層、返工和修補。

修補損傷的部件
返工和對半成品的加工
快速原型制作
表面涂層
混合式加工制造
材料的研發(fā)
LENS 450用于可行性實驗的簡化入門級小尺度打印機
LENS M$-7用于中尺度快速產品原型開發(fā)的打印機
LENS 850-R大尺度打印生產的設備
可融入集成到CNC 機床系統(tǒng)中的LENS系列
可融入集成到其他各種生產加工系統(tǒng)中的模塊化LENS打印機

LENS 在打印制作3D 金屬部件中的主要優(yōu)越性

豐富的經驗，二十多年為工業(yè)應用提供LENS金屬增材打印技術和設備
靈活性，LENS金屬增材打印技術可適用于整個產品的生命周期中的各種加工制造
經濟實惠，可將LENS技術融入集成到低成本立式銑床上
獨特的功能，可將不同材料打印成單一樣品并使其產生成分比例漸變
高質量，閉環(huán)控制工藝參數以確保每個產品都符合同樣的質量要求
精確性，高度聚焦的局部加工過程, 以減小加熱和受熱區(qū)域
混合型，在現有組件上添加新的功能或進行修復

修補損傷的部件
對高價值金屬組件進行損傷修補是最大限度地提高其使用壽命、降低設備運行成本并有助于維持其常備就緒的一個至關重要的環(huán)節(jié)。采用在磨損或損壞的區(qū)域局部添加材料的修復方法使得您能夠通過特殊的工藝參數控制而獲得出色的材料性能。 LENS部件修補工藝是具有高度針對性、精確地以盡量小的受熱區(qū)域將添加的材料熔融放置到磨損或損壞的位置, 使其能夠修復那些燃氣渦輪發(fā)動機中常見的最敏感的薄壁組件。經LENS增材修補的組件材料機械性能通常是等同于甚至優(yōu)于鍛造的材料。 LENS系統(tǒng)可在現有組件上進行增材修補的能力使它成為在設備維修和組件損傷修補中非常重要的有效工具。

為了能夠修補國防和航空航天組件, LENS打印制作工藝是經過了嚴格流程參數優(yōu)化的。目前它正在世界各地的檢修服務設施中被廣泛用于金屬部件維修和組件損傷修補。

快速產品原型的打印制作
金屬產品原型組件可以用 LENS打印機直接從計算機上的CAD 模型快速地制作出來。 LENS打印機可以制作很大尺度的金屬部件,而且它的打印速度通常能比其他的金屬增材制造方法快 10倍以上。新的設計概念可以通過CAD 原型模型的修改調整而得到快速評估, 以縮短從研發(fā)設計到首批產品生產的時間。

金屬材料的研發(fā)

△使用LENS打印制造金屬成分漸變的材料結構 (由波蘭軍事大學提供)

LENS打印系統(tǒng)可使材料研究人員迅速地試制出具有卓越性能的新穎金屬材料。如果使用傳統(tǒng)的金屬處理設備,研究人員通常需要耗費大量的時間進行材料研發(fā), 因為他們只能對每一種材料樣本進行單一材料的化學評估。使用LENS打印系統(tǒng), 研究人員可以將多種金屬材料以成分漸變的形式結合為單一樣本, 于是能夠用一種樣本就測量出冷卻率、材料成分比例與微組織結構、機械性能的相關關系。LENS金屬3D打印機，可以上南極熊推出的“全球3D打印產品庫”小程序尋找。

混合式加工制造
混合式金屬加工制造方法為工業(yè)制造商們提供了巨大工藝流程改進的前景。

混合式加工制造方法這一術語是用來描述結合金屬增材制造(AM)技術和傳統(tǒng)的切削技術, 從而使每一道工序能夠在同一臺機器上對同一部件進行加工。這種混合式加工制造方法可以降低采用金屬增材制造新技術的風險與成本, 并為工業(yè)制造商們提供了一種更務實的、漸進的工藝流程改進途徑。

Optomec 已經將其金屬增材制造技術設計成模塊化的LENS打印裝置,可與其他金屬加工制造的工作平臺(如數控銑床、機床、機器人或特制構架)組成混合式的生產加工系統(tǒng)。例如, 當LENS打印裝置被融入集成到 CNC 立式銑床后,就可以在一臺機器構架上對同一金屬部件進行局部堆積材料和切削之類的增材、減材加工制造或修復。并且，這些產品已經和其他LENS金屬3D打印機一起，被收錄進入微~信小程序“全球3D打印產品庫”。

使用混合式加工制造方法可以降低采用增材打印技術的成本和培訓障礙。LENS增材打印打印裝置可以被集成融入到現有的切削機床自動化平臺上,提供了一種具有低成本起點的3D 打印金屬的功能。此外, 混合式的加工制造機器可以將增材和切削的工序控制集成到同一用戶界面, 易于您的機械師利用熟悉的界面系統(tǒng)進行培訓學習和加工操作。

Optomec的與眾不同之處
二十多年來, Optomec一直采取著一種循序漸進的方式幫助客戶有效地利用增材打印制造技術的優(yōu)越性來實現其生產業(yè)務的最大盈利。對Optomec來說, 使用增材打印制造技術的目的就是要為各種部件及其生產過程添加的價值。使用 Optomec的3D打印設備, 您既可以打印制造完整的三維部件, 也能夠在傳統(tǒng)方法制造的兩維或三維部件上增材打印(print-on ™)所需的附加功能。這種微妙且重要的差異使得 Optomec 增材打印制造技術能夠與現有的傳統(tǒng)的制造方法共存合作, 提供更多的價值。Optomec 還提供開放式的3D 打印系統(tǒng)架構, 以便于融入集成到其它生產工藝的平臺中。 Optomec 不希望將其客戶捆綁在單一的材料供應商上?？蛻敉ǔ？梢灾苯訌亩鄠€供應商購買材料, 從而降低成本, 建立更安全可靠的產品材料供應鏈。 Optomec 提供的業(yè)界證明了的模塊化3D 打印技術可以很容易地集成到各種工廠里的自動化系統(tǒng)、機器人、數控平臺等,從而降低其設備安裝成本和風險。

可用于3D打印的各種材料
在增材打印制造技術背后的材料科學其實是使得這一工藝過程在制造業(yè)產生如此革命性地轉變的一個關鍵因素。Optomec提供的增材制造技術能夠打印多種功能性材料, 包括結構性和導電的金屬、陶瓷、導電粘合劑、電介質、半導體、生物和許多其它用于制造航空航天、醫(yī)療和消費類電子產品的材料。這種獨特的3D打印技術還能把功能材料有選擇性地僅打印到所需的位置, 以增添結構的所需性能或提高最終產品的功能。其3D打印過程是可以精密控制的,以制作出所需的機械或電氣的材料功能特性。它甚至還可以把不同的材料在打印過程中混合起來制造新的合金或組分漸變結構, 改進產品的材料性能。

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