Версия 1.0, 1.09.1999 г., перевод И.В. Шишковский


1.8 Лазерная объемная наплавка (DMD, LENS процессы)

- процесс лазерного формования (- Laser Engineered Net Shaping /LENS/; Sandia National Laboratories & Sandia University, USA, 1996);
- направленное нанесение металла (- Direct Metal Deposition /DMD/ , Michigan University, USA, 1993),
- объемная лазерная наплавка (- 3D Laser Cladding, Liverpool University, UK, 1994),
- объемная лазерная сварка (- 3D Laser Welding, Southern Methodist University, USA, 1999),
- объемная лазерная генерация (- 3D Laser generating, Fraunhofer-Institute of Production Technology (IPT), Germany, 1994);

идейно имеют много общего. Из названных выше, LENS (выпускается фирмой Optomec Inc., USA c 2000 г) и DMD (выпускается фирмой Trumph GmbH, Germany по лицензии фирмы POM, USA) методики реализованы в виде законченных технологических установок и имеют большой успех.

В отличие от процесса СЛС (теперь относят к Powder Bed Deposition методикам) в LENS методике (часто называю - Direct Energy Deposition как и остальные выше названные) ЛИ большой мощности (рис. 8) используется, чтобы расплавить порошок металла, доставляемый в зону наплавки соосно лазерному лучу через специальное сопло. ЛИ идет по центральной части сопла и фокусируется одной или более линзами. Координатный стол (или сопло в руке 3-5 коородинатного робота) перемещается по X-Y-Z направлениям, чтобы сплавить каждый слой 3D объекта. Порошковый материал поставляется и распространяется вокруг окружности сопла самостоятельно, или используя транспортный газ. Газ также используется, чтобы экранировать зону наплавки от атмосферного кислорода, для лучшей управляемости процессом, защиты оптики, чтобы снизить окисление и обеспечить высокую смачиваемость поверхности.

Целый ряд порошковых материалов может быть использован здесь: нержавеющая сталь, Inconel сплав, медь, алюминий, титан, никель, вольфрам и т.п. Состав порошковой композиции может быть изменен динамически и непрерывно, в зависи-мости от целей синтеза. Например, к LENS установке серии 750 предлагается использовать металлические системы типа: Ti-6Al-V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2MO, Ti-48Al-2Cr-2Nb, Ti-22Al-23Nb. Отличие методик друг от друга чисто формальное, связанное порой, по нашему мнению, с желание авторов войти в историю. Лазерная головка может быть со-пряжена с 3-х/5-ти координатным столом (взято из SDM методики), что превращает объемный синтез из послойного в «художественный» процесс, подобный работе скульптора. Для увеличения поглощательной способности порошкового материала соосно можно подавать ЛИ сразу нескольких длин волн. Использование нескольких сопел одновременно (взято из методики трехмерной печати), целенаправленное чередование материалов при наплавке слоев (взято из SMD и FDC методик) позволяет формировать функционально-градиентные объемные изделия. Вопросы оптимизации и воспроизводимости процесса, расчет тепловых полей и напряжений решаются, поскольку подходы к ним отработаны, как отмечалось ранее, на примере других подобных методик (SLA, SLS, LOM и т.д.). LENS методика позволяют изготовлять полностью литые (монолитные) 3D объекты с хорошими металлургическими свойствами за «разумное» время (зависит от материала (-ов), сложности формы). Изделия обычно требуют чистовой обработки. Но у них есть хорошо сформированная структура зерна, и имеются некоторые особенности, позволяющие надеяться на достижение свойств изделий даже лучших, чем у исходных материалов. Таким образом, методики объемной лазерной наплавки являются наиболее перспективными методами аддитивных технологий для целей создание функциональных, функционально-градиентных готовых изделий любой наперед заданной формы.