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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:1742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。

(責任編輯:admin)

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