Bài 17: Công nghệ in3D dùng gương Gavo với nguồn Laser-LASER ENGINEERED NET SHAPING (LENS)

Optomec Inc được thành lập vào năm 1992. Kể từ năm 1997, Optomec đã tập trung vào thương mại hóa các quá trình Laser Engineered Net Shaping (LENS) ban đầu được phát triển bởi phòng thí nghiệm quốc gia Sandia. Hệ thống thương mại đầu tiên của nó được gửi đến Ohio State University.

Nguyên lý:

LENS dựa trên các nguyên lý sau:

1. Một chùm tia laser Nd:YAG  nặng lượng cao tập trung vào một bề mặt kim loại tạo ra một vùng nóng chảy trên bề mặt kim loại. Bột sau đó phun vào vùng nóng chảy để tăng khối lượng vật liệu.
2. Một hệ thống chuyển động “in ấn” làm bàn máy di chuyển theo chiều ngang và dọc làm tia laser đi theo quỹ đạo định sẵn. Sau khi hình thành một lớp của chi tiết, vòi phun phân phối bột của máy di chuyển lên trên trước khi xây dựng các lớp tiếp theo.

Quy trình:

LENS xây dựng thêm các thành phần  từ bột kim loại bằng cách sử dụng một laser Nd:YAG để làm nóng chảy bột như hình minh họa. Nó là một quá trình chế tạo kim loại tạo hình tự do trong đó thành phần kim loại đủ dày được hình thành. Quá trình LENS bao gồm các bước sau đây:

1. Một bể lắng đọng đầu nguồn cung cấp kim loại bột để tập trung một chùm tia laser Nd:YAG năng lượng cao để làm tan chảy. Laser này thường được định hướng bởi sợi quang học hoặc độ chính xác các góc cạnh gương.
2. Laser là tập trung vào một vị trí cụ thể bằng một loạt các ống kính, và một hệ thống chuyển động dưới bàn máy di chuyển theo chiều ngang và dọc làm chùm tia laser đi theo quỹ đạo của mặt cắt. Quy trình sản xuất diễn ra trong một buồng argon áp suất thấp cho oxy tinh khiết hoạt động trong vùng nóng chảy, đảm bảo rằng liên kết phải được xảy ra.
3. Khi một lớp được hoàn thành, đầu lắng đọng di chuyển lên và tiếp tục với các lớp tiếp theo. Quá trình được lặp đi lặp lại các lớp của lớp cho đến khi hoàn thành phần. Toàn bộ quá trình thường cô lập với khí quyển. Nói chung các nguyên mẫu cần bổ sung hoàn thiện, nhưng đầy đủ các đặc trưng của sản phẩm.

Ưu điểm:

• Thuộc tính vật liệu tốt. Quá trình LENS có khả năng sản xuất các bộ phận kim loại dày đặc. Bộ phận kim loại được sản xuất cũng có thể bao gồm các cấu trúc và tính chất vật liệu vượt trội. Sản Chi tiết nhỏ cũng là tương đối tốt.
• Chi tiết phức tạp. Các bộ phận kim loại với tính năng phức tạp thì tốt trong hệ thống LENS.
• Giảm yêu cầu hậu khi xử lý. Gia công sau được giảm thiểu, do đó làm giảm thời gian chu kỳ sản xuất.

Nhược điểm:

• Vật liệu hạn chế. Quá trình này hiện đang tập trung hẹp để chỉ sản xuất các bộ phận kim loại.
• Kích thước lớn. Yêu cầu một khu vực tương đối để đặt máy.
• Tiêu thụ điện năng cao. Hệ thống laser đòi hỏi công suất rất cao.

Ứng dụng:

• Xây dựng khuôn mẫu.
• Sản xuất cấu trúc nghiêng.
• Sản xuất các bộ phận titan trong ngành đua xe.

Chế tạo thành phần titan cho mô cấy sinh học.