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  • 【技術(shù)干貨】LENS與SLM金屬3D打印技術(shù)對比系列之基本原理及熔池形態(tài)對比
  • 2022-08-03 15:39:43
  • 輕型桌面3D打印機(jī)

    激光增材制造高性能金屬零部件技術(shù)具有成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜,,成型精度高,成型性能優(yōu)良等特點(diǎn),是當(dāng)前復(fù)雜精密金屬零部件或大尺寸主承力金屬構(gòu)件一次性整體成形最具前景的應(yīng)用技術(shù)之一,,它不僅是鑄造,,鍛造,焊接與機(jī)械加工等傳統(tǒng)加工方法的有益補(bǔ)充,,而且是開啟了一種全新的金屬零件制造模式,,具有重要的戰(zhàn)略研究意義。目前,,激光增材制造高性能金屬零部件技術(shù)主要有兩種典型方法,,一種是基于同步送粉的激光熔覆沉積技術(shù)LENS(Laser Engineered Net Shaping),另外一種是基于鋪粉的選區(qū)激光熔化技術(shù)SLM(Selective Laser Melting)。

    LENS原理介紹

    先對兩種技術(shù)的原理做簡要說明,,LENS聚焦激光束在控制下,,按照預(yù)先設(shè)定的路徑,進(jìn)行移動(dòng),,移動(dòng)的同時(shí),粉末噴嘴將金屬粉末直接輸送到激光光斑在固態(tài)基板上形成的熔池,,使之由點(diǎn)到線,、由線到面的順序凝固,從而完成一個(gè)層截面的打印工作,。這樣層層疊加,,制造出近凈形的零部件實(shí)體。

    SLM原理介紹

    SLM技術(shù)的成型原理,,在基板上用刮刀鋪一層金屬粉末,,然后用據(jù)光束在掃描振鏡的控制下按照一定的路徑快速照射粉末,使其發(fā)生熔化,,凝固,,形成冶金熔覆層,然后將基板下降與單層沉積厚度相同的高度,,在鋪一層粉末進(jìn)行激光掃描加工,,重復(fù)這樣的過程直至整個(gè)零件成型結(jié)束。

    上述兩種技術(shù)因其成型方式與工藝參數(shù)的差別,,導(dǎo)致二者在熔池形貌,,冷卻速度,凝固組織及其力學(xué)性能等若干材料成型基礎(chǔ)方面存在較大差異,。

    熔池形態(tài)對比

    LENS與SLM不同工藝條件下,,熔池形貌與尺寸完全不同,導(dǎo)熱模式與熱影響效應(yīng)也不同,,進(jìn)而最終影響到合金的組織與性能,,微光斑SLM與大光斑LENS工藝熔池冷卻速度的差異最高可以達(dá)到4個(gè)數(shù)量級,冷卻速率的大小決定晶粒的大小,,雖然兩種工藝晶格的平均體積隨能量輸入的增加而增加,,然而晶柱尺寸隨冷卻速度的卻有著不同的趨勢,。

    在LENS的成型過程中,柱狀晶的尺寸與冷卻速率滿足線性關(guān)系,,而SLM過程中柱狀晶尺寸與冷卻速度平方根的倒數(shù)成三次函數(shù)關(guān)系,,與傳統(tǒng)理論不符,再加上熔池散熱方向的單向性等,,使的LENS工藝比SLM工藝更容易形成粗大的柱狀晶組織,。

    熔池加工形成過程中最小基本單元,熔池特征的穩(wěn)定事整個(gè)加工過程乃至最終成型零件組織性能穩(wěn)定的保障,,在SLM成型過程中,,光斑直徑屬于亞毫米級,單層厚度也比較薄,,因此熔池的體積較小,,熔池的形貌,尤其是熔池深度比,,則表現(xiàn)出“小孔效應(yīng)”,。

    大光斑LENS工藝成型一般采用高功率,大光斑,,盡管熔池的體積增大,,但熔池的深度比較小,熔池的穿透深度比較淺,,與SLM完全不同,。

    下圖為不同工藝下熔池縱截面形貌圖

    意猶未盡?請聽下回分解,!

    (三的部落MR.GAO編輯整理)