金屬3D打印技術(shù)——激光近凈成型目錄01.激光近凈成型技術(shù)工藝原理02.激光近凈成型技術(shù)工藝過(guò)程03.工藝特點(diǎn)及應(yīng)用激光近凈成型技術(shù)全稱與簡(jiǎn)稱：LaserEngineeredNetShaping,/LENS提出時(shí)間和國(guó)家：20世紀(jì)90年代中期美國(guó)Sandia國(guó)立實(shí)驗(yàn)室首先提出，也有資料將LENS譯成“激光近形制造技術(shù)”或者“激光近凈成形技術(shù)”。

1激光近凈成型技術(shù)工藝原理高功率激光通過(guò)聚焦后形成一個(gè)較小的光斑作用于基體并在基體上形成一個(gè)較小的熔池粉末運(yùn)輸系統(tǒng)將金屬粉末通過(guò)噴嘴匯集后輸送到熔池中，粉末經(jīng)熔化，凝固后形成一個(gè)致密的金屬點(diǎn)。隨激光在零件上的移動(dòng)，逐漸形成線和面，最后通過(guò)面的累加形成三維金屬零件。熱源：激光材料：金屬粉末1激光近凈成型技術(shù)工藝原理

激光近成型技術(shù)（LENS）是將激光熔覆技術(shù)和快速原型及制造技術(shù)相結(jié)合的一種先進(jìn)的制造技術(shù)。其成型系統(tǒng)主要由激光能源系統(tǒng)、金屬粉送進(jìn)系統(tǒng)和惰性環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)組成。成型系統(tǒng)主要由激光能源系統(tǒng)、金屬粉送進(jìn)系統(tǒng)和惰性環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)組成。

在激光束連續(xù)掃描作用下，金屬熔體的凝固不是靜態(tài)的，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)凝固的過(guò)程，如圖所示。隨著激光束的連續(xù)掃描，在熔池中金屬的熔化和凝固過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的。在熔池的前半部分，固態(tài)金屬粉末連續(xù)不斷地進(jìn)入熔池形成熔體，進(jìn)行著熔化過(guò)程。而在熔池的后半部分，液態(tài)金屬不斷地脫離熔池形成固體，進(jìn)行著凝固過(guò)程。

其凝固特點(diǎn)是，成形層與已成形層必須牢固結(jié)合，掃描線間也必須是治金結(jié)合，只有這樣才能使成形過(guò)程正常進(jìn)行，并使成形零件具備一定的機(jī)械性能。激光熔池動(dòng)態(tài)凝固示意圖1激光近凈成型技術(shù)工藝原理送粉系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)中最核心的部分，要保證加工零件過(guò)程中能夠連續(xù)均勻地輸送粉末，送粉系統(tǒng)的好壞直接決定了加工零件的最終質(zhì)量，包括送粉器、送粉傳輸通道和噴嘴三部分。

送粉器目前主要有重力送粉（流動(dòng)性差，通斷難控制）和載氣送粉，大多數(shù)采用載氣如氫氣來(lái)輸送熔覆粉末，可以通過(guò)調(diào)節(jié)送粉轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制送粉量、送粉精度，其穩(wěn)定性較高。但載氣流量大會(huì)使粉末運(yùn)動(dòng)的速度過(guò)高而降低了粉末的沉積率。1激光近凈成型技術(shù)工藝原理LENS成型技術(shù)粉末噴出方式LENS工藝過(guò)程中，送粉方式有單側(cè)送粉和同軸送粉兩種方式。在金屬粉末增材制造系統(tǒng)中采用較多的是同軸送粉，因?yàn)樗芸朔捎诩す馐筒牧蠋?lái)的不對(duì)稱而引起的對(duì)掃描方向的限制。單側(cè)送粉缺點(diǎn)：送粉聚中性不好，加工方向單一，不易控制激光束，與送給粉末的重合作用區(qū)容易出現(xiàn)偏離，不易保證加工質(zhì)量，影響加工的方便性、靈活性。

同軸噴嘴基本上包含粉末通道、保護(hù)氣體、冷卻水這幾部分。由于粉末流呈對(duì)稱形狀，同軸噴嘴沒(méi)有成形方向性問(wèn)題，能夠完成復(fù)雜形狀零件的成形。同時(shí)惰性氣體能在熔池附近形成保護(hù)性氣氛，能夠較好地解決成形過(guò)程的材料氧化問(wèn)題。1激光近凈成型技術(shù)工藝原理下圖1所示為某型號(hào)LENSTM成型系統(tǒng)設(shè)備，圖2為其中四個(gè)金屬粉噴嘴噴射金屬粉且被激光進(jìn)行熔化的工作現(xiàn)場(chǎng)。該設(shè)備采用5KW的HLJ-4工業(yè)用橫流CO2激光器為能量源，JGXK-1型激光功率顯示控制儀控制激光功率，離焦量可調(diào)；送粉系統(tǒng)為DPSF-3型送粉器，側(cè)向送粉，傾斜角度約為40°，噴嘴內(nèi)徑Φ2.2mm，送粉量可調(diào)。目前已經(jīng)商品化的激光近成型系統(tǒng)主要有Lens750及Lens850等。

激光近成型技術(shù)設(shè)備

圖2激光熔化金屬粉形成熔池

圖1某型號(hào)LENSTM成型系統(tǒng)設(shè)備2激光近凈成型技術(shù)工藝過(guò)程

成型過(guò)程：首先是在計(jì)算機(jī)中生成零件的三維CAD模型，然后將該模型按照一定的厚度分層“切片”，即將零件的三維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成一系列的二維輪廓信息，再由金屬粉送進(jìn)系統(tǒng)向被激光熱能熔化了的在墊板上形成的金屬熔池噴射金屬粉，按照二維輪廓軌跡在沉積墊板上逐層堆積金屬粉末材料，光斑離開(kāi)后金屬粉末凝固成型，最終形成致密的三維金屬模件。3工藝特點(diǎn)及應(yīng)用（1）能夠直接制造致密的金屬零件；（2）材料適應(yīng)性強(qiáng)。幾乎是一次近成形，材料利用率高；（3）材料的成型過(guò)程快速熔化和凝固，保證所成型的部分有精細(xì)的微觀組織結(jié)構(gòu)，成型件致密，保證有足夠好的強(qiáng)度和韌性。優(yōu)點(diǎn)“近似凈形”（0.2-0.5mm過(guò)量構(gòu)建），需要精加工。不足

該工藝和激光焊接及激光表面噴涂相似，成型要在由氬氣保護(hù)的密閉倉(cāng)中進(jìn)行。保護(hù)氣氛系統(tǒng)是為了防止金屬粉末在激光成型中發(fā)生氧化，降低沉積層的表面張力，提高層與層之間的浸潤(rùn)性，同時(shí)有利于提高工作環(huán)境的安全。3工藝特點(diǎn)及應(yīng)用目前LENSTM激光近成型工藝可以成型的材料主要有316不銹鋼、鎳基耐熱合金Inconel625、H13工具鋼、鈦和鎢。LENS