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3D打印百科
增材制造和减材制造混合技术装备及工业应用
发表日期:2020-11-25 11:35 浏览次数:59
    激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping LENS)技术,也叫激光熔化沉积(Laser Metal DepositionLMD),于上世纪90年代由美国Sandia国家实验室首次提出,美国Michigan大学称为直接金属沉积DMDDirect Metal Deposition),英国伯明翰大学叫做直接激光成形DLFDirected Laser Fabrication),中国西北工业大学黄卫东教授称其为激光快速成形LRFLaser Rapid Forming)等。后来美国材料与试验协会(ASTM)标准中将该技术统一规范为金属直接沉积制造(Directed EnergyDepositionDED)技术的一部分,即使用激光作为热源,将金属粉通过喷嘴聚集到激光束的焦点,将粉末熔化沉积,并通过机构的相对移动,层层累积获得预期的实体。
    相对于其他金属增材制造技术,近净成型技术的优势在于沉积效率高,装备成本低,适合大型复杂零件的接近最终形状的直接制造,可以得到冶金结合的致密金属实体。但其制作零件的尺寸精度和表面光洁度都不太好,一般作为毛坯,需进一步进行机械加工后使用。
    将近净成型技术和传统五轴加工技术融合于一体的混合五轴增材制造技术很好的发扬的各自的优点,弥补了对方的缺点。
    增减混合五轴加工中心装备的意义在于首先实现了近净成形增材制造从三轴向五轴的飞跃。一般意义上的3D打印,是指三轴或者两轴半方式,使用平面内对三维实体进行沉积打印,造成了复杂零件的表面光洁度差。如果使用空间变换姿态让打印头始终沿着曲面的切向摆动,则打印出的零件表面质量会大大提高(五轴近净成形过程,工作台摆动和旋转打印,见视频1)。五轴的空间变姿态意味着任何已有的实体都可作为支撑,也就无需打印辅助的支撑结构,节省了时间,材料和后处理过程。
    增减混合五轴加工中心装备的意义其次在于增减混合制造的创新优势。增减混合,可以在堆积过程中交替打印堆积和切削冷加工,从而实现复杂内流道以及干涉曲面等原来无法实现的加工,使结构设计不再受限于工艺,设计者的主要精力着眼于改善零件使用性能。所以增减混合工艺是一个新的工艺,有可能改变制造的方式。
    目前,该应用方向开展的关键技术研究主要包括:零部件再设计、增减材混合制造系统开发等。随着航空航天等领域对高性能复杂零件需求曰益突出,如何兼顾零件复杂成形和高精度加工将受到广泛关注。未来,增减材混合制造系统将不断涌现,极大提高了成形效率和质量,将有力推动增材制造技术在批量化生产中的应用,将武器装备研制生产的周期缩短一半以上。
    打印的316L材料样件经过常温力学性能测试,性能超过锻件。增减混合的增材制造技术用途广泛,有广阔的发展空间。该技术适用于金属材料,光滑内流道的制造上有特别的优势。