美国Additec：金属粉末和线材同时使用，激光金属沉积（LMD）3D打印技术

2019年1月，南极熊报道了美国金属3D打印设备厂商Additec推出的桌面级金属3D打印机μprinter，下面南极熊对该公司的激光金属沉积（LMD）技术做一个更加详细的介绍。
工艺概述：

激光金属沉积（LMD）是一种焊接工艺，将材料引入由高功率激光产生的熔池中焊接成型，LMD属于定向能量沉积（DED）工艺的范围。通常，引入的填充材料是粉末，通过围绕激光束的锥形环喷嘴注入。 添加的材料形成焊缝，然后涂覆下面的金属。 该工艺用于包层应用，其中部件的耐磨性增加，在将材料添加到磨损部件的修复应用中，或在复杂几何形状的自由形式制造中（3D打印）。 与其他类型的焊接相比，LMD导致较小的热影响区，低稀释和组件中的低残余应力。

Additec的Wire LMD-WP（线粉）工艺以同样的方式工作，但是我们使用多个光纤耦合二极管激光源，而不是让一个激光束通过沉积头的中心进入，它们均匀分布在头部中心轴周围 。 这释放了固体填充材料的中心路径，并允许对普通MIG焊丝进行单向处理。 在线孔周围，我们的沉积头还具有锥形粉末喷嘴。 这样，与传统的激光熔覆头相比，没有功能损失。 此外，还可以同时沉积线材和粉末以形成两种组分的新合金。

沉积线材：

在当今的工业中，粉末LMD比线材沉积更常见，因为使用单个高功率激光源更容易实现。然而，加工粉末有许多缺点：

粉末比金属丝贵得多，这是有问题的，因为LMD通常用于制造使用大量材料的中型到大型部件。

此外，并非所有通过喷嘴喷射的粉末实际上都被捕获在熔池中。对于自由形式制造，实际的粉末利用效在20-80％的范围内，并且在很大程度上取决于部分精细度和工艺参数。从材料成本的角度来看，这是个问题，而且从工程角度来看也是如此。将粉末沉积头重新安装到没有专门为其设计的任何机械加工上将导致显著的磨损。此外，用户还需要处理未使用的粉末，并且粉末材料可能造成健康风险。在对比中，使用线材的利用率为100％，同时线材原料不会造成任何危险。

沉积粉末：

虽然我们非常赞成线材打印的方式，但对于某些应用来说，粉末仍然更适合：

当将材料添加到高度不规则的表面时，如果在涂覆或修复某些部件时可能无法获得精确的喷嘴到部件距离，则粉末将是更好的选择。

虽然许多合金都可以作为线材使用，但一些更奇特的材料可能只能以粉末形式提供。

另一个支持粉末沉积功能的原因是在我们的数字合金沉积头中，两种或更多种材料在整个沉积过程中可以以不同的比例混合。 一个有趣的中间地带也是粉末和电线的数字合金化，此时此刻只能在我们的沉积系统上实现。

线材打印分辨率：

即使使用线材，Additec沉积系统的打印分辨率也非常出色。 事实上，根据工艺参数，甚至可以将最佳粉末打印质量与线材相匹配。 当以高分辨率打印时，轨道宽度约为1.5倍线径，或者当快速打印时，轨道宽度约为2.5倍线径。 层高度可以设置在0.3x和0.5x线径之间。 我们默认支持0.6到1mm的线径。 可根据要求提供不同尺寸的喷嘴 即使横截面很小，也可以打印非常高的纵横比组分。 见下面的小棒样品（宽12毫米高450毫米）。

除了通过线材沉积实现的高质量之外，与粉末沉积相比，它还允许制造关于悬突的更复杂的几何形状。 由于高冷却速率，可以实现可靠的桥接，实际上将材料沉积在半空中。

这是设计的新自由度，允许制造更高性能的封闭形状几何形状以及更有效的保形冷却通道。

还可以以分辨率为代价提高沉积速率和打印速度。 这对于在使用前需要加工的零件是有利的。

应用
激光金属沉积适用于各种应用：

近净成形制造
使用该过程从头开始累加生成复杂零件。也称为金属3D打印或自由形式制造。这种生产零件的方式提供了高水平的设计自由度，并且消除了复杂的CNC编程或耗时的铸造。此外，甚至可以使用多个Additec材料进料器在单个组件内混合不同的材料/合金。

激光熔覆
涂有保护层的现有组件。由于基体金属稀释度低，我们的工艺非常适合它，允许更薄的涂层有效保护基体金属。包覆工艺通常用于石油和天然气行业，但也越来越多地被其他行业采用。

功能增加/混合制造
当集成到铣床或制造工艺链中时，我们的沉积工艺可用于为组件添加特征，否则这些特征将需要不利的大库存或难以作为单件铸造。

部件维修
完全替换高价值组件可能成本高且效率低。激光金属沉积引入了一种可靠地重建部件磨损区域的方法，并且失真最小。


材料：
Additec沉积系统可以加工各种各样的材料，通常可以使用任何可焊接的金属。 然而，当处理室没有惰化时，存在一些限制。 例如，铝和钛有利于惰性处理室。 然而，通过在开放的大气压条件下使用高反应性材料的线料原料比使用粉末的危险性小得多，并且通过使用可从Additec获得的大型保护气体扩散器可以获得成功的结果。