《金属3D打印技术》课件-1-07 激光近净成型

金属3D打印技术——激光近净成型目录01.激光近净成型技术工艺原理02.激光近净成型技术工艺过程03.工艺特点及应用激光近净成型技术全称与简称：LaserEngineeredNetShaping,/LENS提出时间和国家：20世纪90年代中期美国Sandia国立实验室首先提出，也有资料将LENS译成“激光近形制造技术”或者“激光近净成形技术”。

1激光近净成型技术工艺原理高功率激光通过聚焦后形成一个较小的光斑作用于基体并在基体上形成一个较小的熔池粉末运输系统将金属粉末通过喷嘴汇集后输送到熔池中，粉末经熔化，凝固后形成一个致密的金属点。随激光在零件上的移动，逐渐形成线和面，最后通过面的累加形成三维金属零件。热源：激光材料：金属粉末1激光近净成型技术工艺原理

激光近成型技术（LENS）是将激光熔覆技术和快速原型及制造技术相结合的一种先进的制造技术。其成型系统主要由激光能源系统、金属粉送进系统和惰性环境保护系统组成。成型系统主要由激光能源系统、金属粉送进系统和惰性环境保护系统组成。

在激光束连续扫描作用下，金属熔体的凝固不是静态的，而是一个动态凝固的过程，如图所示。随着激光束的连续扫描，在熔池中金属的熔化和凝固过程是同时进行的。在熔池的前半部分，固态金属粉末连续不断地进入熔池形成熔体，进行着熔化过程。而在熔池的后半部分，液态金属不断地脱离熔池形成固体，进行着凝固过程。

其凝固特点是，成形层与已成形层必须牢固结合，扫描线间也必须是治金结合，只有这样才能使成形过程正常进行，并使成形零件具备一定的机械性能。激光熔池动态凝固示意图1激光近净成型技术工艺原理送粉系统是整个系统中最核心的部分，要保证加工零件过程中能够连续均匀地输送粉末，送粉系统的好坏直接决定了加工零件的最终质量，包括送粉器、送粉传输通道和喷嘴三部分。

送粉器目前主要有重力送粉（流动性差，通断难控制）和载气送粉，大多数采用载气如氢气来输送熔覆粉末，可以通过调节送粉转盘的转速来控制送粉量、送粉精度，其稳定性较高。但载气流量大会使粉末运动的速度过高而降低了粉末的沉积率。1激光近净成型技术工艺原理LENS成型技术粉末喷出方式LENS工艺过程中，送粉方式有单侧送粉和同轴送粉两种方式。在金属粉末增材制造系统中采用较多的是同轴送粉，因为它能克服由于激光束和材料带来的不对称而引起的对扫描方向的限制。单侧送粉缺点：送粉聚中性不好，加工方向单一，不易控制激光束，与送给粉末的重合作用区容易出现偏离，不易保证加工质量，影响加工的方便性、灵活性。

同轴喷嘴基本上包含粉末通道、保护气体、冷却水这几部分。由于粉末流呈对称形状，同轴喷嘴没有成形方向性问题，能够完成复杂形状零件的成形。同时惰性气体能在熔池附近形成保护性气氛，能够较好地解决成形过程的材料氧化问题。1激光近净成型技术工艺原理下图1所示为某型号LENSTM成型系统设备，图2为其中四个金属粉喷嘴喷射金属粉且被激光进行熔化的工作现场。该设备采用5KW的HLJ-4工业用横流CO2激光器为能量源，JGXK-1型激光功率显示控制仪控制激光功率，离焦量可调；送粉系统为DPSF-3型送粉器，侧向送粉，倾斜角度约为40°，喷嘴内径Φ2.2mm，送粉量可调。目前已经商品化的激光近成型系统主要有Lens750及Lens850等。

激光近成型技术设备

图2激光熔化金属粉形成熔池

图1某型号LENSTM成型系统设备2激光近净成型技术工艺过程

成型过程：首先是在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后将该模型按照一定的厚度分层“切片”，即将零件的三维数据信息转换成一系列的二维轮廓信息，再由金属粉送进系统向被激光热能熔化了的在垫板上形成的金属熔池喷射金属粉，按照二维轮廓轨迹在沉积垫板上逐层堆积金属粉末材料，光斑离开后金属粉末凝固成型，最终形成致密的三维金属模件。3工艺特点及应用（1）能够直接制造致密的金属零件；（2）材料适应性强。几乎是一次近成形，材料利用率高；（3）材料的成型过程快速熔化和凝固，保证所成型的部分有精细的微观组织结构，成型件致密，保证有足够好的强度和韧性。优点“近似净形”（0.2-0.5mm过量构建），需要精加工。不足

该工艺和激光焊接及激光表面喷涂相似，成型要在由氩气保护的密闭仓中进行。保护气氛系统是为了防止金属粉末在激光成型中发生氧化，降低沉积层的表面张力，提高层与层之间的浸润性，同时有利于提高工作环境的安全。3工艺特点及应用目前LENSTM激光近成型工艺可以成型的材料主要有316不锈钢、镍基耐热合金Inconel625、H13工具钢、钛和钨。LENS