片材层压3D打印技术的应用包括人体工程学研究、地形可视化、纸制物体的结构模型。使用热塑性塑料和纤维,层压3D打印技术以极具竞争力的成本,可直接制造用于航空航天和汽车行业的功能性轻质部件。
2.7 定向能量沉积
定向能量沉积3D(DED)打印技术,通过直接熔化材料并将它们逐层沉积在工件上来制造零件。这种增材制造技术主要用于金属粉末或线材源材料。DED 技术包括激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping,LENS)、定向光制造(Directed Light Fabrication,DLF)、激光直接金属沉积(Laser Direct Metal Deposition,LDMD)、激光沉积焊接 (Laser Deposition Welding,LDW)和 3D 激光熔覆(3D Laser Cladding)等,如图7所示。
图7 定向能量沉积增材制造示意
金属可以通过DED增材制造技术进行3D打印,特别是包括铝、铜、钛、不锈钢、工具钢、铜镍合金和几种钢合金。除了能够从头开始构建零件(通常与铣/车 CNC机床的使用混合),DED3D打印技术还能够修复复杂的损坏零件,例如涡轮叶片或螺旋桨。由于大多数 DED3D打印机是占地面积非常大的工业机器,并且需要在封闭和受控的环境下运行,因此典型的定向能量沉积由安装在封闭框架内的多轴臂上的喷嘴组成。该喷嘴将熔化的材料沉积到工件表面上,并在那里固化。该过程在原理上类似于材料挤压3D打印技术,但使用DED,喷嘴可以在多个方向上移动,最多有5个不同的轴,而大多数 FFF 机器只有3个轴。
DED有几种不同的技术,它们以材料熔合的方式不同来区分,每种材料都适用于不同和特定的目的。DED3D打印技术的每个子技术都有其自身的局限性和兼容性,最常见的有如下几种。
(1)激光粉末成形(LENS)技术 激光粉末成形也以其专有名称 LENS而闻名,该名称由美国桑迪亚国家实验室命名。该工艺使用由激光头、粉末分配喷嘴和惰性气体管组成的沉积头。当粉末从喷嘴喷出时,沉积头将粉末熔化以逐层构建物体。激光在构建区域形成一个熔池,粉末被喷射到熔池中,在那里它被熔化然后固化。商业化的LENS设备,如Optomec 公司的LENS 3D制造系统直接使用激光从粉末金属、合金、陶瓷或复合材料中逐层构建物体。LENS工艺必须在充满氩气的密闭室中进行,以使氧气和水分含量保持在非常低的水平,这样可以保持零件清洁并防止氧化。金属粉末材料直接输送到材料沉积头,一旦沉积了单层,材料沉积头就会移动到下一层,通过构建连续的层来构建整个部件。完成后,部件将被移除,并可进行热处理、热等静压、机加工或以任何需要的后处理方式。