今天為你帶來的是LENS（激光近凈成型）技術。自這種技術問世以來，因為其能夠實現梯度材料、復雜曲面修復等功能而深受工業界的寵愛。憑借這些優勢，LENS技術在大型器件的修復上正在不斷地發揮作用，當仁不讓的成為了鏈接傳統制造與3D打印的橋梁。

LENS技術原理

近凈成形技術是指零件成形后，僅需少量加工或不再加工，就可用作機械構件的成形技術。激光近凈成型（Laser Engineered Net Shaping, LENS）通過激光在沉積區域產生熔池并持續熔化粉末或絲狀材料而逐層沉積生成三維物件。LENS技術由美國桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratory）于上世紀90年代研制，隨后美國Optomec公司將LENS技術進行商業開發和推廣。

因為LENS技術是由許多大學和機構是分別獨立進行研究的，因此這一技術的名稱繁多。LENS技術也叫激光熔化沉積（Laser Metal Deposition, LMD），美國密歇根大學稱為直接金屬沉積(Direct Metal Deposition, DMD），英國伯明翰大學稱為直接激光成型(Directed Laser Fabrication, DLF)，中國西北工業大學黃衛東教授稱其為激光快速成形(Laser Rapid Forming, LRF)。美國材料與試驗協會（ASTM）標準中將該技術統一規范為金屬直接沉積制造（Directed Energy Depositioin, DED）技術的一部分。圖為LENS技術正在修復物體表面。

LENS技術正在修復物體表面

在LENS技術過程中，計算機首先將三維CAD模型按照一定的厚度切片分層，每一層的二維平面數據并轉化為打印設備數控臺的運動軌跡。高能量激光束會在底板上生成熔池，同時將金屬粉末同步送入熔池中并快速熔化凝固，使之由點到線、由線到面的順序凝固，從而完成一個層截面的打印工作。這樣層層疊加，制造出近凈形的零部件實體。

LENS技術主要用于打印比較成熟的商業化金屬合金粉末材料，包括不銹鋼、鈦合金、鎳基合金等。

LENS打印過程

LENS優勢和技術限制

LENS技術可以實現金屬零件的無模制造，節約成本，縮短生產周期。同時該技術解決了復雜曲面零部件在傳統制造工藝中存在的切削加工困難、材料去除量大、刀具磨損嚴重等一系列問題。LENS技術是無需后處理的金屬直接成形方法，成形得到的零件組織致密,力學性能很高,并可實現非均質和梯度材料零件的制造。

LENS技術也遇到了一些瓶頸，包括粉末材料利用率較低，成形過程中熱應力大,成形件容易開裂,成形件的精度較低，可能會影響零件的質量和力學性能。由于受到激光光斑大小和工作臺運動精度等因素的限制，所直接制造的功能件的尺寸精度和表面粗糙度較差，往往需要后續的機加工才能滿足使用要求。

LENS應用

LENS技術主要應用于航空航天、汽車、船舶等領域，用于制造或修復航空發動機和重型燃氣輪機的葉輪葉片以及輕量化的汽車零部件等。LENS技術可以實現對磨損或破損的葉片進行修復和再制造的過程，從而大大降低葉片的制造成本，提高生產效率。

利用LENS技術制造發動機葉片

利用LENS技術對破損的零件進行修復

德國O.R. Laser公司使用LENS技術在傳感器表面制造出一個硬合金熔覆層，為石油和天然氣行業的傳感器元件提供可靠保障，顯著延長傳感器的壽命。該方法能使材料精確沉積、低熱滲透，最終為傳感器鍍上一層不失真、無裂紋的涂層，如圖所示。

在傳感器表面制造硬合金熔覆層（圖片來源：3D科學谷）