美國(guó)Additec：金屬粉末和線(xiàn)材同時(shí)使用，激光金屬沉積（LMD）3D打印技術(shù)

2019年1月，南極熊報(bào)道了美國(guó)金屬3D打印設(shè)備廠(chǎng)商Additec推出的桌面級(jí)金屬3D打印機(jī)μprinter，下面南極熊對(duì)該公司的激光金屬沉積（LMD）技術(shù)做一個(gè)更加詳細(xì)的介紹。
工藝概述：

激光金屬沉積（LMD）是一種焊接工藝，將材料引入由高功率激光產(chǎn)生的熔池中焊接成型，LMD屬于定向能量沉積（DED）工藝的范圍。通常，引入的填充材料是粉末，通過(guò)圍繞激光束的錐形環(huán)噴嘴注入。 添加的材料形成焊縫，然后涂覆下面的金屬。 該工藝用于包層應(yīng)用，其中部件的耐磨性增加，在將材料添加到磨損部件的修復(fù)應(yīng)用中，或在復(fù)雜幾何形狀的自由形式制造中（3D打�。�。 與其他類(lèi)型的焊接相比，LMD導(dǎo)致較小的熱影響區(qū)，低稀釋和組件中的低殘余應(yīng)力。

Additec的Wire LMD-WP（線(xiàn)粉）工藝以同樣的方式工作，但是我們使用多個(gè)光纖耦合二極管激光源，而不是讓一個(gè)激光束通過(guò)沉積頭的中心進(jìn)入，它們均勻分布在頭部中心軸周?chē)?。 這釋放了固體填充材料的中心路徑，并允許對(duì)普通MIG焊絲進(jìn)行單向處理。 在線(xiàn)孔周?chē)�，我們的沉積頭還具有錐形粉末噴嘴。 這樣，與傳統(tǒng)的激光熔覆頭相比，沒(méi)有功能損失。 此外，還可以同時(shí)沉積線(xiàn)材和粉末以形成兩種組分的新合金。

沉積線(xiàn)材：

在當(dāng)今的工業(yè)中，粉末LMD比線(xiàn)材沉積更常見(jiàn)，因?yàn)槭褂脝蝹�(gè)高功率激光源更容易實(shí)現(xiàn)。然而，加工粉末有許多缺點(diǎn)：

粉末比金屬絲貴得多，這是有問(wèn)題的，因?yàn)長(zhǎng)MD通常用于制造使用大量材料的中型到大型部件。

此外，并非所有通過(guò)噴嘴噴射的粉末實(shí)際上都被捕獲在熔池中。對(duì)于自由形式制造，實(shí)際的粉末利用效在20-80％的范圍內(nèi)，并且在很大程度上取決于部分精細(xì)度和工藝參數(shù)。從材料成本的角度來(lái)看，這是個(gè)問(wèn)題，而且從工程角度來(lái)看也是如此。將粉末沉積頭重新安裝到?jīng)]有專(zhuān)門(mén)為其設(shè)計(jì)的任何機(jī)械加工上將導(dǎo)致顯著的磨損。此外，用戶(hù)還需要處理未使用的粉末，并且粉末材料可能造成健康風(fēng)險(xiǎn)。在對(duì)比中，使用線(xiàn)材的利用率為100％，同時(shí)線(xiàn)材原料不會(huì)造成任何危險(xiǎn)。

沉積粉末：

雖然我們非常贊成線(xiàn)材打印的方式，但對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，粉末仍然更適合：

當(dāng)將材料添加到高度不規(guī)則的表面時(shí)，如果在涂覆或修復(fù)某些部件時(shí)可能無(wú)法獲得精確的噴嘴到部件距離，則粉末將是更好的選擇。

雖然許多合金都可以作為線(xiàn)材使用，但一些更奇特的材料可能只能以粉末形式提供。

另一個(gè)支持粉末沉積功能的原因是在我們的數(shù)字合金沉積頭中，兩種或更多種材料在整個(gè)沉積過(guò)程中可以以不同的比例混合。 一個(gè)有趣的中間地帶也是粉末和電線(xiàn)的數(shù)字合金化，此時(shí)此刻只能在我們的沉積系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。

線(xiàn)材打印分辨率：

即使使用線(xiàn)材，Additec沉積系統(tǒng)的打印分辨率也非常出色。 事實(shí)上，根據(jù)工藝參數(shù)，甚至可以將最佳粉末打印質(zhì)量與線(xiàn)材相匹配。 當(dāng)以高分辨率打印時(shí)，軌道寬度約為1.5倍線(xiàn)徑，或者當(dāng)快速打印時(shí)，軌道寬度約為2.5倍線(xiàn)徑。 層高度可以設(shè)置在0.3x和0.5x線(xiàn)徑之間。 我們默認(rèn)支持0.6到1mm的線(xiàn)徑。 可根據(jù)要求提供不同尺寸的噴嘴 即使橫截面很小，也可以打印非常高的縱橫比組分。 見(jiàn)下面的小棒樣品（寬12毫米高450毫米）。

除了通過(guò)線(xiàn)材沉積實(shí)現(xiàn)的高質(zhì)量之外，與粉末沉積相比，它還允許制造關(guān)于懸突的更復(fù)雜的幾何形狀。 由于高冷卻速率，可以實(shí)現(xiàn)可靠的橋接，實(shí)際上將材料沉積在半空中。

這是設(shè)計(jì)的新自由度，允許制造更高性能的封閉形狀幾何形狀以及更有效的保形冷卻通道。

還可以以分辨率為代價(jià)提高沉積速率和打印速度。 這對(duì)于在使用前需要加工的零件是有利的。

應(yīng)用
激光金屬沉積適用于各種應(yīng)用：

近凈成形制造
使用該過(guò)程從頭開(kāi)始累加生成復(fù)雜零件。也稱(chēng)為金屬3D打印或自由形式制造。這種生產(chǎn)零件的方式提供了高水平的設(shè)計(jì)自由度，并且消除了復(fù)雜的CNC編程或耗時(shí)的鑄造。此外，甚至可以使用多個(gè)Additec材料進(jìn)料器在單個(gè)組件內(nèi)混合不同的材料/合金。

激光熔覆
涂有保護(hù)層的現(xiàn)有組件。由于基體金屬稀釋度低，我們的工藝非常適合它，允許更薄的涂層有效保護(hù)基體金屬。包覆工藝通常用于石油和天然氣行業(yè)，但也越來(lái)越多地被其他行業(yè)采用。

功能增加/混合制造
當(dāng)集成到銑床或制造工藝鏈中時(shí)，我們的沉積工藝可用于為組件添加特征，否則這些特征將需要不利的大庫(kù)存或難以作為單件鑄造。

部件維修
完全替換高價(jià)值組件可能成本高且效率低。激光金屬沉積引入了一種可靠地重建部件磨損區(qū)域的方法，并且失真最小。


材料：
Additec沉積系統(tǒng)可以加工各種各樣的材料，通�？梢允褂萌魏慰珊附拥慕饘佟� 然而，當(dāng)處理室沒(méi)有惰化時(shí)，存在一些限制。 例如，鋁和鈦有利于惰性處理室。 然而，通過(guò)在開(kāi)放的大氣壓條件下使用高反應(yīng)性材料的線(xiàn)料原料比使用粉末的危險(xiǎn)性小得多，并且通過(guò)使用可從Additec獲得的大型保護(hù)氣體擴(kuò)散器可以獲得成功的結(jié)果。