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DED直接能量沉积3D打印技术,焊接的一种方式?

导读: 近日,Fraunhofer激光技术研究所推出超高速激光材料沉积技术(EHLA),具有替代当前腐蚀和磨损保护方法如硬镀铬和热喷涂的潜力。业界对于金属沉积3D打印更多的看法是一种基于焊接的工艺,而且可以被纳入到自动化生产线中。

直接能量沉积-DED技术,由激光在沉积区域产生熔池并高速移动,材料以粉末或丝状直接送入高温熔区,熔化后逐层沉积,称之为激光直接能量沉积增材制造技术。

近日,Fraunhofer激光技术研究所推出超高速激光材料沉积技术(EHLA),具有替代当前腐蚀和磨损保护方法如硬镀铬和热喷涂的潜力。业界对于金属沉积3D打印更多的看法是一种基于焊接的工艺,而且可以被纳入到自动化生产线中。

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工业生产中焊接市场份额约为200亿美元,维修焊接占据了其中的一个份额,将直接能量沉积技术用来修复零件这一应用颇具市场潜力,仅从金额来看或许会超过目前工业3D打印设备的总市场份额。

丝材还是粉末?电子束还是等离子亦或是激光?

直接能量沉积技术包括激光、等离子、电子束几种不同的热源,材料包括粉末或丝状两种主要的形态。金属材料在沉积过程中实时送入熔池,这类技术以激光近净成形制造(LENS)、金属直接沉积(DMD)技术为代表,由激光在沉积区域产生熔池并高速移动,材料以粉末或丝状直接送入高温熔池,熔化后逐层沉积,称之为激光直接沉积增材成形技术,该技术成形出毛坯,然后依靠CNC数控加工达到需要的精度。

尤其是以粉末为原材料的加工工艺,这种技术被用来修复各种零件。不仅仅是Fraunhofer在研发领域推进直接能量沉积技术的跳跃式发展。阿克伦大学的NCERCAMP开发了一种超音速粒子沉积(SPD)技术,通过一种高压喷射方法,压缩空气赋予超音速射流中的金属颗粒足够的能量冲击固体表面,以实现与固体表面的粘结,而不会出现在焊接或高温热喷涂过程中产生的热影响区。

单机还是混合加工?亦或是柔性生产线?

除了专业的研发机构,市场上活跃的企业也不在少数。如今很多CNC机床公司都纷纷将LENS技术集成到铣削、车削或者是复合加工中心中。这其中包括德马吉森精机、马扎克、哈缪尔、哈默、依巴米亚等等。

除了这些将LENS技术集成到CNC机床中的设备厂商,纯粹的LENS技术典型企业包括美国的OPTOMEC公司,法国BeAM公司,德国通快等。国内包括西安铂力特、江苏永年科技、北京隆源等。

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增材制造与CNC减材制造的搭配除了将LENS技术集成到CNC加工设备中。还有一种通过柔性生产线将这两种加工工艺搭配起来。例如,在增材制造商RPM和传统机床商大隈看来,将增材制造与减材制造通过自动化贯穿起来,可以创建复杂的部件,而不需要铸造、锻造的前期工序。机加工可以保证零件严格的尺寸公差和表面光洁度要求。

不仅“扮演”焊接,还可以用于生产

熟练的焊工变得很难找到,在某些情况下,在CNC机床上进行自动焊接替代手动焊接可能是一种加工趋势。事实上,一些CNC机床上广泛使用的CAM软件例如Mastercam和Powermill已经扩展了将LENS技术(DED直接能量沉积技术的一种)纳入到加工范畴中的编程,这一扩展代表了自动化焊接的飞跃,与MIG或TIG焊接不同的是,LENS是一种目标沉积工艺,允许以最小的热效应修复薄壁和其他细腻的特征。

TIG焊接是在惰性气体的保护下,利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)的一种焊接方法。MIG焊接除用金属丝代替焊炬内的钨电极外。其它和TIG焊一样。因此,焊丝由电弧熔化,送入焊接区。

LENS是一种基于离散堆积成形思想的先进增材制造技术,通过把零件3D模型沿一定方向离散成一系列有序的微米量级薄层,根据每层轮廓信息逐层熔化金属粉末,直接制造出任意复杂形状的净成形零件,特别适合曲面型腔、悬空薄壁以及变截面等复杂结构制造。

不同于MIG或TIG焊接,直接能量沉积还可以用来作为零件的一种生产方式,先前,英国的核电站增材制造自动化单元就是由库卡承建,耗资1万欧元,占地10米x5米的增材制造单元由通过安装在一个三轴九米龙门的六轴机器人组成,在直径3.5米的转盘上装载着二轴机械手。机器人通过进行“TOPTIG”电弧焊的方式来完成增材制造,系统中将金属线送入焊枪,按照计算机辅助设计模型的路径来焊接材料以创建三维几何形状。从而创造近净形零件,用于制造大型泵和阀的壳体或压力容器,有效降低初始成本和避免昂贵的锻件或铸件,并且有助于避免环境污染问题。

随着直接能量沉积技术的不断发展,下一步,这种技术还将有哪些跨界的表现,创造出怎样的商业前景?本站将继续保持关注。

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