激光熔覆快速制造定义及特点
激光熔覆快速制造技术,又称激光净成形制造技术(Laser Engineered Net Shaping,LENS),是在激光熔覆技术和快速原型技术的基础上发展起来的一种金属零件直接快速制造新技术,发明人是美国Sandia国家实验室的DavidKeicher等。1997年,Da-vidKeicher加入到OptomecDesign公司,开始了LENS技术的商业化运作。此后,DMD直接金属沉积技术(Direct Metal Deposition,DMD)、激光增材制造技术(LaserAdditive Manufacturing,LAM)、直接光制造技术(Directed Light Fabrication,DLF)、形状沉积制造技术(Shape Deposition Manufacturing,SDM)等类似技术相继出现,带动了激光熔覆快速制造技术的蓬勃发展。1999年,LENSTM获得了美国工业界中“最富创造力的25项技术”之一的称号。
激光熔覆快速制造技术的制造过程是:首先,由CAD产生零件模型,并用分层切片软件对其进行处理,获得各截面形状的信息参数,作为工作台进行移动的轨迹参数:然后,在计算机的控制下,工作台在根据几何形体各层截面的坐标数据进行移动的同时,用激光熔覆的方法将粉末进行逐层堆积;后处理后,最终形成具有一定形状的三维实体零件。
激光熔覆快速制造技术与其他传统制造方法相比,其突出优点是:
1)高柔性。在计算机的控制下可以方便迅速地制作出传统加工方法难以实现的复杂形状的零件,例如具有复杂凸凹部分及中空的零件。通过改变CAD模型文件可使设计工程师方便、经济地对零件进行修改补充,还可以在加工零件时实时改变材料或改变材料的送粉配比,以便灵活改变零件不同部位的成分,使零件具有优异的综合性能。
2)技术集成性。它是计算机技术、数控技术、激光技术与材料技术的综合集成。
3)生产周期短,效率高。由于该技术是建立在高度技术集成的基础之上,从CAD设计到零件的加工完成只需几小时到几十小时,这一特点使其特别适合于新产品的开发。Abbott等人在一个3m×3m×1.2m的加工间和一种新型的能够提供高质量粉末流率送粉器的系统中,利用LENS技术制造钛合金零件,其制造时间比传统技术缩短了50%到75%。该加工间能加工在氩气气氛保护下的大尺寸零件,氧压低于10×10-6,这对极易与氧和氮反应的钛是极其关键的。
4)不需要制作昂贵的工模具,生产成本低。
5)应用范围广阔,激光熔覆制造技术不仅可用于零件的直接制造,而且还可用来修复大的金属零件。
6)成形精确,减少了后处理工序。使用聚焦激光辐照时,形成的熔池很小,可制出外形精密的零件。因烧结点的大小和激光束的有效直径差不多,故零部件的壁厚可以精确调节,这样就减少了后处理工序。
7)可成型材料广泛,只要被加工材料对所用激光器的激光波长有低的反射率,这种材料就可用LENS法来处理。既可以用来制作普通合金零件,如316L、410L不锈钢及P20工具钢零件,又可用来加工钛等易氧化金属零件,也可加工MoSi2、TiAl、NiAl等金属间化合物的难熔零件,改变了人们对材料的选择原则。
8)材料的利用率极高,多余的粉末可以重复利用。
目前激光熔覆快速制造技术仍存在尺寸精度不高、表面粗糙、层间结合力不强、需使用大功率激光器,设备造价昂贵、成型时热应力大等需要加以改进的问题。