Optomec推出更大/更强大的LENS系统并吸引人的镁应用

具有AM或AM / CNC混合金属版本的LENS 860系统带来了新的工业动力。现有版本已经支持可溶解植入物设计的开发。

具有AM或AM / CNC混合金属版本的LENS 860系统带来了新的工业动力。现有版本已经支持可溶解植入物设计的开发。

镜头860 Hybrid CA系统具有860 x 600 x 610mm的工作范围,配备了密闭的制造室,可将氧气和水分含量保持在40 ppm以下,以加工钛等活性金属。该系统可配置闭环控制和大功率3kW光纤激光器,使其非常适合制造,维修或涂覆具有卓越金属质量的中型到大型零件。图片由Optomec提供。


令客户对新的增材制造(AM)系统感到兴奋的最佳方法可能是演示设备上成功完成的应用程序’兄弟模型,然后突出显示扩展功能。上个月在IMTS, Optomec 做到了这一点,在展示其大幅面LENS 860系统的同时,还采用了在较小但功能强大的LENS 500型号上开发的独特医疗应用程序。

随着LENS 860混合可控气氛(CA)系统的推出,Optomec扩大了其机床系列—首次在IMTS 2016上宣布-提供更高的激光功率,更大的制造量,工具转盘尺寸增加一倍,并为4/5轴以及同时5轴操作提供选项。 LENS(激光工程网成形)技术支持使用任何金属粉末源进行增材制造,并在开放或受控气氛下(用于处理活性金属)运行。该最新版本为用户提供了广泛的选择范围,以供他们构建新零件,修理或涂覆损坏/磨损的零件以及执行混合AM / CNC功能。

更大的构建量,闭环监控

Optomec产品经理Tom Cobbs将LENS技术描述为“微米级焊接”860的重要意义在于它能够支持更多主流工业应用。较大的构建量–860毫米x 600毫米x 610毫米(约34x24x24英寸),结合了高达3,000W激光的选件—以更快的构建速度转化为更大的零件。 (该系统也可以使用基本型号的500w激光器购买。)

为了了解AM建造的可能性,Cobbs展示了 复杂的20英寸大约18小时内即可建成的具有内部空腔且壁厚为0.5mm的高零件。他指出,通过与行业成员交谈,“AM的平均工作量约为300毫米3 用途有限。我们一直在听的一件事是,您能否以更大的力量得到更大的东西?我们’重新(现在)使用这些较大的系统并同时控制成本。”

镜头860的标准3轴运动配置可以升级为与用户可互换的旋转工作台和/或倾斜旋转耳轴一起使用,以进行4轴,5轴和5轴同时加工。为了在混合(加/减)配置中使用,新的刀库刀架可容纳16种刀具,而较小的LENS系统提供8种。 CNC用户会发现 MasterCAM 编程软件和 西门子 840D控制器提供了熟悉的Windows界面,露天或可控气氛操作的选择支持处理从钢/不锈钢和镍基合金(例如因科镍合金)到活性金属(例如)的金属 钛,铝和镁(有关新的应用研究,请参见下文)。

印刷引擎最多配置四个送粉器,可与标准金属粉末供应商的粉末配合使用,既降低了材料价格,又加快了建造速度。用户可以从单一材料快速构建零件,也可以在零件制造过程中不停地将功能梯度金属混合到整个零件中。例如,Cobbs说,您可以从碳锰开始,到不锈钢结束。没有其他技术具有此功能。在几年前Optomec进行的有趣的比较研究中,该公司还 展示了更快的构建速度 与粉末床融合(PBF)技术相比。

新系统的另一项重大改进是可选的闭环熔池监控,通过结合红外/热传感器和光学传感器实现。科布斯解释说,“在构建过程中,与非常冷,厚(构建)钢板的热传递将与’重新进入第五层或第十层’再做一堵薄壁;这些图层正在得到更多的调节和更多的热身。您’重新研究了这些层之间可能非常不同的材料特性。”熔池传感器进行测量,反馈回路逐层控制激光功率,从而提供更一致的材料性能。

控制手术植入物的寿命

最近一个有趣的研究项目开始于 内布拉斯加大学– Lincoln (UNL)涉及减缓镁医疗植入物的溶解速度,目前,镁医疗植入物主要以矫形修复螺钉的形式使用。这些螺钉旨在在自然骨向内生长的几个月内利用与身体化学物质的相互作用而溶解。与使用不锈钢,钛或钴铬合金进行手术相比,这种方法可能更可取,因为随着时间的推移,永久性植入物会变得很麻烦。

问题是镁通常溶解得太快。因此,当前的植入物会获得一层保护性化学涂层,该涂层本身会缓慢溶解–本质上是耐腐蚀处理;但是,一旦进行了表面处理,植入物的其余部分溶解的速度就会比骨骼仍在愈合时所需的溶解速度快。

Students from the 内布拉斯加大学-Lincoln (UNL) along with Professor Mike 西莉 have been using a LENS metal hybrid additive manufacturing system from Optomec to advance research into key areas such as heavy machinery, medical devices and aeronautics. 西莉 and his team are pioneers in additive manufacturing research and have established the Nebraska 工程 Additive Technology (NEAT) Labs as a state-of-the-art regional hub for innovation that 恩 ables collaboration among academia and industry. 图片由内布拉斯加州林肯大学提供。

为了解决这个问题,UNL机械和材料工程教授Michael 西莉在过去的两年中一直使用LENS 500混合可控大气系统研究替代性的,实质上是机械处理的方法,这种方法减缓了这种影响。他已经建立了概念验证的420SS测试试样,并通过激光喷丸对它们进行了逐层处理。*与标准喷丸,渗透深度有限的喷丸相比,激光喷丸涉及高温等离子体,该等离子体产生紧密聚焦冲击波这些反过来会在零件上产生机械喷丸效果’在某些材料中的深达6mm的微结构。借助镁样品,Sealy发现其穿透深度在500微米至1毫米之间,但是根据激光的不同,穿透深度可能会更大。

该图显示了增材制造零件的逐层激光喷丸处理如何表现出微观结构变化,从而产生定制的残余应力行为。图片由内布拉斯加州林肯大学提供。

该图显示了增材制造零件的逐层激光喷丸处理如何表现出微观结构变化,从而产生定制的残余应力行为。图片由内布拉斯加州林肯大学提供。

 

该图显示了使用Optomec的LENS Hybrid Controlled Atmosphere AM系统沉积金属层,然后用激光喷丸处理新形成的表面以引起明显的微观结构变化的逐步步骤。图片由内布拉斯加州林肯大学提供。

该图显示了使用Optomec沉积金属层的逐步步骤’的LENS Hybrid Controlled Atmosphere AM系统然后用激光喷丸处理新形成的表面,以引起明显的微观结构变化。图片由内布拉斯加州林肯大学提供。

由于喷丸精炼镁’的晶粒结构并改变残余应力,其作用是减缓通常认为是腐蚀或疲劳的作用。 西莉意识到,他可以使用受控大气的LENS工艺逐层构建测试试样,并在沉积后的每一层表面单独处理(使用外部脉冲激光喷丸设备)。这种方法增加了整个零件的耐蚀性,而不是像涂有涂层的螺钉那样仅在外部增加了耐蚀性。

在Optomec LENS混合可控气氛AM系统上构建的420不锈钢样品,在层之间进行激光喷丸处理(或不进行激光喷丸处理)以产生定制的残余应力。图片由内布拉斯加州林肯大学提供。

在Optomec LENS混合可控气氛AM系统上构建的420不锈钢样品,在层之间进行激光喷丸处理(或不进行激光喷丸处理)以产生定制的残余应力。图片由内布拉斯加州林肯大学提供。

西莉’s R&现在,人们正在努力解决以下问题:在沉积每一层之后是否需要进行激光喷丸处理?如果每处理第五层,溶解速率是否会充分降低?还是先穿透两层然后跳过两层?它可能取决于应用程序以及取决于AM技术(例如LENS与粉末床熔合),并且如果焦点是腐蚀,疲劳或其他感兴趣的领域,也可能有所不同。

除了改善医疗植入物的性能外,这项研究还可以朝许多方向发展。希利说,尽管他与镁植入物工作有个人联系,但他可以用这些可能性填补职业生涯,解决其他领域,例如轻型结构和抗疲劳性:他从小就肘部有两个永久性金属螺钉,他们开始打扰他。如果有更多的方法使用镁硬件进行手术,增加支持,这些支持将在骨骼生长完成其工作并且无需进行二次切除手术时悄然消失,那将是一个很好的选择。

更多Optomec承保范围

有关更多信息

Optomec

内布拉斯加大学– Lincoln

*有关作为现有处理工艺的激光喷丸的更多信息(通常用于增强疲劳性能),请参阅“激光喷丸的工作原理” by LSP技术.

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帕梅拉·沃特曼

帕梅拉·沃特曼(Pamela Waterman)担任数字工程’的特约编辑长达二十年。通过联系她 (必须启用JavaScript才能查看此电子邮件地址)。.

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