レーザー加工ネットシェイピング

レーザー粉末成形は、独自の名称でも知られている(レーザー加工ネットシェイピング)。これは、溶融池に注入された金属粉末を用いてCAD(computer-aided design)ソリッドモデルから金属部品を直接製造するために開発された添加物製造技術である。集束された高出力レーザビームである。 この技術は、モニカのDMD(Direct Metal Deposition)とLC(Laser Consolidation)を持ついくつかの商標技術と同等です。 この技術で作成された選択的レーザ溶融(SLM)物体などのパウダーベッドを使用するプロセスは、数フィートまでの長さであっても実質的に大きくなります。

Laser Engineered Net ShapingまたはLENSは、Sandia National Laboratoriesによって開発された技術ラピッドプロトタイピングで、高出力のビームレーザーの作用によって生成されたスラリー中の金属ワイヤまたは金属粉末をモデルCADから直接的に製造することができます予めプラットホーム上に堆積された金属基板の上面を含む。

レーザービームは、通常、ヘッドの中心を通って進み、1つまたは複数のレンズを使用して小さな点に向けられる。 XY面はビット(ラスターグラフィックス)を移動して、オブジェクトの各レイヤーを個別に生成します。 1つのレイヤーが作成されるたびに、ヘッドが垂直方向に移動します。 金属粉末は、重力またはキャリアガスによって加圧下に排泄され、頭部の周囲に分配される。 不活性ガスは、表面がより湿っているので、層の良好な制御のために、大気中の酸素から溶媒プールを保護するために使用される。

我々は、ステンレス鋼、インクネール、銅、アルミニウムなどのいくつかの異なる材料を使用することができます。特に興味深いのはチタンのような反応性材料です。 材料の組成は、常時かつ動的に変化することができ、従来の製造方法の使用と相互に排他的な特性を有する物体に至る。

このプロセスの利点は、良好な冶金特性を有し、近い将来、完全に固体の金属部品を製造することができることである。 製造された品目はほぼ完全な最終設計をしていますが、機械加工の最後に必要です。 それらは、良好な造粒構造、および固有の材料と類似またはより良好な特性を有する。 選択的レーザ焼結は、現時点で金属部品を直接製造できるラピッドプロトタイピングのための唯一の商業的プロセスである。 選択的レーザ溶接は、選択的レーザ焼結よりも材料の制約が少なく、いくつかのプロセスのような二次的焼成操作を必要としない。

方法
高出力レーザは、堆積ヘッドを介してレーザビームの焦点に同軸に供給される金属粉末を溶融させるために使用される。 レーザビームは、典型的には、ヘッドの中心を通って進み、1つまたは複数のレンズによって小さなスポットに集束される。 XYテーブルはラスタ形式で移動され、オブジェクトの各層を製作する。 各レイヤーが完成した後、ヘッドは垂直方向に移動します。

金属粉末は、重力によって、または加圧されたキャリアガスを使用して、頭の周囲に送達され、分配される。 不活性シュラウドガスは、より良好な表面濡れ性を提供することによって、特性をより良好に制御し、層間接着を促進するために、溶融液プールを大気中の酸素から遮蔽するためにしばしば使用される。

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プロセスの段階
金属基板をプラットフォーム上に堆積させる
レンズシステムを介して適切に集束された高出力レーザビームが基板に当たり、表面を溶融させて溶融スラリーを生成する
レーザビームと同軸に配置されたラスタグラフィックスを有する堆積ヘッドを通して、金属ワイヤまたは金属粉末がパルプに堆積されて、体積が増加する
XY平面内で移動されたテーブルは、各レイヤーのセクションの輪郭を描画します
レイヤーが凝固すると、テーブルは垂直方向に上に移動し、サイクルが再び開始されます

不活性ガスは、大気中の酸素からパルプを保護し、層と層との間の接着を促進するために使用され、凝固時の材料の特性のチェックも可能にする。

その他の技術
このプロセスは、層アディティブ法によって固体成分を形成する点で、その手法における他の3D製造技術と同様である。 レンズプロセスは、金属および金属酸化物粉末から金属部品に移行することができ、多くの場合、二次的な操作を必要としない。 LENSは選択的レーザー焼結と類似しているが、金属粉末は、その時点で材料が部品に添加されているところにのみ適用される。 それは、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、および他の特殊材料を含む幅広い合金の部品を生産することができます。 複合材料および機能的に等級付けされた材料が含まれる。 レンズ技術の主なアプリケーションには、修理とオーバーホール、ラピッドプロトタイピング、迅速な製造、航空宇宙、防衛、医療市場向けの限定生産などがあります。 顕微鏡検査の結果、LENS部品は完全に緻密であり、組成の劣化は見られませんでした。 機械的試験により、優れた加工された機械的特性が明らかになった。

このプロセスは、正確な仕様にアイテムを作ることができない場合にも、「近くに」ネットシェイプの部品を作ることができます。 このような場合は、軽加工、表面仕上げ、熱処理などの後処理プロセスを適用して最終コンプライアンスを達成することができます。これは仕上げ作業として使用されます。

アプリケーション
レンズを通して、銅、アルミニウム、ステンレススチール、飛行機用部品などのチタン、医療用プロテーゼ、射出成形用工具など、幅広い全密度の金属部品を得ることができます。 また、興味深いのは、材料の組成を動的に変更して、最終的に従来の製造方法を使用して相互に排他的である特性を有する部品を製造する可能性である。

レンズによって得られる製品は、「ほぼネットシェイプ」、すなわちほぼ完成品であり、後処理が依然として必要である。

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