金屬3D打印技術及其專用粉末的研究進展(2)
時間：2017-02-11 22:19 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
2.1 激光工程化凈成形技術( LENS)
LENS是一種新的快速成形技術，它由美國Sandia國家實驗室首先提出。其特點是: 直接制造形狀結構復雜的金屬功能零件或模具； 可加工的金屬或合金材料范圍廣泛并能實現異質材料零件的制造； 可方便加工熔點高、難加工的材料。
LENS是在激光熔覆技術的基礎上發展起來的一種金屬零件3D打印技術。采用中、大功率激光熔化同步供給的金屬粉末，按照預設軌跡逐層沉積在基板上，最終形成金屬零件。1999年，LENS工藝獲得了美國工業界中“最富創造力的25項技術”之一的稱號。國外研究人員研究了LENS工藝制備奧氏體不銹鋼試件的硬度分布，結果表明隨著加工層數的增加，試件的維氏硬度降低。
國外研究人員應用LENS工藝制備了載重植入體的多孔和功能梯度結構，采用的材料為Ni、Ti等與人體具有良好相容性的合金，制備的植入體的孔隙率最高能達到70%，使用壽命達到7-12年。 Krishna等人采用Ti-6Al-4V和Co-Cr-Mo合金制備了多孔生物植入體，并研究了植入體的力學性能，發現孔隙率為10%時，楊氏模量達到90 GPa，當孔隙率為70%時，楊氏模量急劇降到2 GPa，這樣就可以通過改變孔隙率，使植入體的力學性能與生物體適配。 Zhang等制備了網狀的 Fe 基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬玻璃（MG）組件，研究發現MG的顯微硬度達到9.52 GPa。Li通過LENS工藝修復定向凝固高溫合金GTD-111。國內的薛春芳等采用LENS工藝，獲得微觀組織、顯微硬度和機械性能良好的網狀的Co基高溫合金薄壁零件。費群星等采用LENS工藝成型了無變形的Ni-Cu-Sn合金樣品。
在LENS系統中，同軸送粉器包括送粉 器、送粉頭和保護氣路3部分。送粉器包括粉末料箱和粉末定量送給機構，粉末的流量由步進電機的轉速決定。為使金屬粉末在自重作用下增加流動性，將送粉器架設在2. 5 m的高度上。從送粉器流出的金屬粉末經粉末分割器平均分成4份并通過軟管流入粉頭，金屬粉末從粉頭的噴嘴噴射到激光焦點的位置完成熔化堆積過程。全部粉末路徑由保護氣體推動，保護氣體將金屬粉末與空氣隔離，從而避免金屬粉末氧化。LENS 系統同 軸送粉器結構示意圖見圖1。 目前，快速原型技術已經逐步趨于成熟，發達國家也將激光工程化凈成形技術作為研究的重點，并取得了一些實質性成果。在實際應用中，可以利用該技術制作出功能復 合型材料，可以修復高附加值的鈦合金葉片，也可以運用到直升機、客機、導彈的制作中。另外，還能將該技術運用于生物植入領域，采用與人體具有相容性的Ni、Ti材質制備植入體，有效提升了空隙率，延長了植入體的使用時長。
LENS是一種新的快速成形技術，它由美國Sandia國家實驗室首先提出。其特點是: 直接制造形狀結構復雜的金屬功能零件或模具； 可加工的金屬或合金材料范圍廣泛并能實現異質材料零件的制造； 可方便加工熔點高、難加工的材料。
國外研究人員應用LENS工藝制備了載重植入體的多孔和功能梯度結構，采用的材料為Ni、Ti等與人體具有良好相容性的合金，制備的植入體的孔隙率最高能達到70%，使用壽命達到7-12年。 Krishna等人采用Ti-6Al-4V和Co-Cr-Mo合金制備了多孔生物植入體，并研究了植入體的力學性能，發現孔隙率為10%時，楊氏模量達到90 GPa，當孔隙率為70%時，楊氏模量急劇降到2 GPa，這樣就可以通過改變孔隙率，使植入體的力學性能與生物體適配。 Zhang等制備了網狀的 Fe 基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬玻璃（MG）組件，研究發現MG的顯微硬度達到9.52 GPa。Li通過LENS工藝修復定向凝固高溫合金GTD-111。國內的薛春芳等采用LENS工藝，獲得微觀組織、顯微硬度和機械性能良好的網狀的Co基高溫合金薄壁零件。費群星等采用LENS工藝成型了無變形的Ni-Cu-Sn合金樣品。
在LENS系統中，同軸送粉器包括送粉 器、送粉頭和保護氣路3部分。送粉器包括粉末料箱和粉末定量送給機構，粉末的流量由步進電機的轉速決定。為使金屬粉末在自重作用下增加流動性，將送粉器架設在2. 5 m的高度上。從送粉器流出的金屬粉末經粉末分割器平均分成4份并通過軟管流入粉頭，金屬粉末從粉頭的噴嘴噴射到激光焦點的位置完成熔化堆積過程。全部粉末路徑由保護氣體推動，保護氣體將金屬粉末與空氣隔離，從而避免金屬粉末氧化。LENS 系統同 軸送粉器結構示意圖見圖1。 目前，快速原型技術已經逐步趨于成熟，發達國家也將激光工程化凈成形技術作為研究的重點，并取得了一些實質性成果。在實際應用中，可以利用該技術制作出功能復 合型材料，可以修復高附加值的鈦合金葉片，也可以運用到直升機、客機、導彈的制作中。另外，還能將該技術運用于生物植入領域，采用與人體具有相容性的Ni、Ti材質制備植入體，有效提升了空隙率，延長了植入體的使用時長。
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