二維激光傳感器

2D激光傳感器在3D打印修補技術中的應用-2D/3D

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發布日期:2017-07-14 瀏覽: 次


有調查顯示,機械加工行業中每年模具的消耗量價值是各種機床總價值的五倍,數量驚人。模具的大量消耗的影響,不單單是加重了生產成本,還有因為頻繁更換模具導致的生產效率低下所帶來的經濟損失。

因此,業內人士都在思考,能否開發出一種新技術:模具受損時,可以直接修復損壞區域,從而避免模具的不必要的浪費。

借助3D打印技術就能做到。
修復損壞的模具鑲件是增材制造(3D打印)增長很快的一個領域,特別選擇性激光熔融技術,通過只針對受損區域的快速修復而不是更換損壞的工具,從而簡化維修,減少停機時間,延長使用壽命,降低成本。

傳統的修復過程需要多個步驟,并且很耗時。例如焊接,先是切割掉破損或磨損的區域,固定一個新的鋼塊,進行焊接。額外的步驟,例如加工、拋光、測試等,并且這樣的修復還帶來耐久性的問題,貴、耗時、不耐用。

3D打印修復模具實例
Ecoparts 和 Innomia兩家公司通過增材制造的方法為模具鑲件的修復開辟了一條捷徑,Innomia利用逆向工程提供塑料和金屬部件的設計和開發、三維掃描和增材制造。Ecoparts是EOS的服務提供商,提供原型制造服務,以及對模具和工程機械行業提供隨冷模具制造服務。

Innomia最初進入到增材制造領域緣于涉足汽車金屬零件的快速成形金屬增材制造,但后來注塑模具包括快速模具和隨形冷卻的需求越來越多。Innomia又進入了模具領域,現在,模具快速維修的需求又成為另一個增長很快的領域。

通過三維掃描和逆向工程。這使得該公司可以修復損壞的模具,有沒有現成的該模具的三維數據或圖紙都不成為限制因素了。他們通過掃描鑲件的幾何形狀,重新設計了完整的三維模型。然后,切斷或研磨損壞的區域,因為增材制造需要一個平面,最后,開始重建過程。

3D打印修復件優良的機械性能
根據受損區精確的三維幾何模型來建立的零件修復三維模型,激光束路徑由計算機控制的CAD文件來精確控制,這就避免了人為的錯誤。而且還確保了均勻的微觀結構,且修復插入區域無可見焊縫。后期處理包括銑削或拋光等過程,恢復了鑲件的功能性。

粉末床激光融化技術帶來很好的修復件的機械性能,例如,MS11.2709馬氏體鋼硬度達54 HRC。(熱處理可用于34和54之間的HRC硬度)此外,根據燒結表面及焊接材料的要求,還可以結合不同的工具鋼材料。在一個密閉的惰性氮氣環境下,優良的金屬結構形成了,該方法已經被證明可以延長模具的使用壽命。

3D打印修復的局限性
Ecoparts和Innomia確實看到一些粉末床激光融化技術的局限性,包括增材制造設備構建尺寸的限制,不能用于大零件的修復。他們所使用的設備其構建表面粗糙度約10Ra,這樣的零件就需要常規后期加工。


隨著激光3D打印技術不斷發展,日臻成熟,其打印過程中熱輸入小、成形精度高、加工余量小的技術優勢在解決零件加工及服役期間的損傷修復方面發揮著越來越重要的作用。

損傷零件的修復包括幾何性能(幾何形狀、尺寸精度)和力學性能(強度、塑性)恢復,傳統工藝修復工序復雜、效率低、可靠性不高。同時,還可能面臨修復后可能會出現零件與基體結合差、易開裂、表面粗糙并產生的較大變形和應力等問題,加之零件需要修復的區域多為不規則形狀,因此傳統工藝只能針對少數磨損不嚴重的零部件進行修復,磨損相對嚴重的就只能進行報廢處理。

3D打印修復原理
激光成形修復技術(LSF)成形原理是:以損傷零件為基體,采用激光立體成形技術,對待修復區域逐層堆積粉末,在不破壞零件本體性能的前提下,對損傷零件進行性能修復與再制造,恢復零件的幾何性能和力學性能,使零件再次達到使用要求。

工藝優勢
激光成形修復技術(LSF)是以“離散+堆積”為成形思想,在修復過程中會通過同步送粉的方式,逐層逐點對零部件進行熔覆修復,并具備以下優點:
1、3D打印修復設備一般采用300W-2000W大功率光纖激光器為加熱源,加熱源密度高,熱輸入能夠得到嚴格控制。
2、設備打印修復時,成形倉中氣氛會控制在較低的氧含量下進行打印(氧含量:50ppm以下),避免加工過程中二次污染。
3、3D打印修復區組織細小、致密,能夠與基體形成致密的冶金結合。
4、激光修復后,只需要經少量的補充加工,即可使零件達到使用要求。
5、修復后,零部件力學性能達到新品的80%以上,實現零部件高效率、低成本的再生制造。
6、快速打印完美修復,節約成本 綠色環保


應用領域
激光成形修復技術(LSF)可實現成本昂貴、結構復雜的零部件在長期服役或生產過程出現的磨損或加工缺陷進行修復與再制造。主要應用于航空、航天、煤炭、石油石化、化工、電力、模具等領域。

激光成形修復技術(LSF)快速修復讓零件缺損的部分完好如初,既節約了制造成本又縮短了維修周期,讓零部件重返戰場,再不因受點“傷”就被拋棄。

LSF技術中一個核心問題是在待修復區域進行逐層粉末堆積時,系統能夠實時檢測堆積的材料厚度和寬度是否合適,以便在下次堆積時進行調整。采用德國米銥公司2D激光傳感器scanCONTROL系列,可以實現對待修復區域的3D形貌掃描和重建。掃描線性度可達滿量程的0.1%, 分辨率可達1µm。



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