DMG Mori使用LASERTEC 65 3D混合机器生产了一个不锈钢涡轮壳体（图22） 。 涡轮机壳体的特点是直径为180 mm ， 高度为150 mm 。 生产该成分所需的时间约为230分钟 。 TWI给出了LP-DED过程应用的另一个示例 。 使用一台五轴LP-DED机器 ， 成功地制造出了Inconel 718直升机发动机燃烧室（图23） 。 生产的腔室直径为300 mm ， 高度为90 mm 。 竣工构件相对于CAD几何图形的平均公差约为0.25 mm 。 此外 ， 获得了约0.09 mm的薄壁尺寸精度 。 此外 ， TWI表明 ， 建造时间从传统制造工艺的2个月缩短到使用LP-DED工艺生产的7.2小时 。
图22不锈钢涡轮机壳的生产（尺寸Ф180 mm?×?150 mm）：a实现主缸 ， b通过旋转建筑工作台产生斜面 ， c产生12个横向连接 ， d完成操作后的部件（由DMG Mori提供）
图23 实现尺寸为300 mm的IN718直升机发动机燃烧室（由TWI提供） 。
除了生产大型部件外 ， 不同的研究表明 ， 与传统制造工艺相比 ， LP-DED工艺允许短时间交付部件 。 Hedges和Calder表明 ， 由于其灵活性 ， LP-DED流程可用于管理快速设计修改 ， 而无需重新装备 。 图24显示了LP-DED生产的国防应用中使用的外壳 。 对于传统制造系统 ， 生产外壳所需的时间约为6个月 。 相反 ， 使用LP-DED工艺 ， 零件在3天内制造 。
图24 用于国防应用的316L外壳（由Optomec?提供） 。
NCMS进行的另一项研究表明 ， LP-DED工艺将生产模具所需的时间减少了约40% 。 2004年 ， 贝尔直升机公司在航空航天领域进行了LP-DED的另一项应用 。 高材料完整性和快速交付的要求导致了LP-DED工艺的使用 。 LENS 850-R系统用于为军用直升机的燃气轮机制造钛1/6比例混合喷嘴（图25） 。 生产所需的时间从使用传统铸造工艺的9周减少到3周 。
【激光粉末定向能量沉积的研究现状及工业应用（2）】图25 Ti64贝尔直升机公司生产的燃气轮机混合喷嘴的1/16比例模型（由Optomec?提供） 。
提高沉积速度可以提高沉积速率值 。 然而 ， 由于沉积头电机的有限加速度 ， 不可能大幅提高速度 。 此外 ， 随着沉积速度的增加 ， 沉积材料呈现出与标称尺寸相差很大的凸面形状 。 因此 ， Ma等人为了以高沉积速度生产大型组件 ， 优化了沉积策略 ， 以最小化几何偏差 。 该优化是在一个支架上进行的 ， 该支架的设计与飞机应用中机翼组件的塔架肋类似 。 在他们的实验中 ， 开发了一种变方位光栅扫描（VORS）沉积策略 。 结果表明 ， 使用开发的沉积策略 ， 偏差从4 mm减小到1 mm 。 图26描述了在沉积策略的实验验证中产生的支架 。
图26 激光粉末定向能量沉积工艺生产316L大型支架：a在沉积过程中 ， b最终结果 。
LP-DED生产工具和模具
使用传统生产工艺生产模具的问题与制造模具所需的交付周期有关 ， 在某些情况下 ， 交付周期可能长达一年 。 为了解决这个问题 ， LP-DED工艺成功地应用于不同的研究中 ， 以减少制造时间 。 Morrow等人和POM集团进行的研究表明 ， 使用LP-DED工艺的提前期比使用常规工艺的提前期缩短了约70% 。
此外 ， AM工艺在制造业中的应用使生产具有保形冷却通道的模具成为可能 。 为了验证LP-DED工艺生产保形冷却通道的能力 ， 并评估由此产生的效益 ， J.S.模具与POM集团公司合作生产了一种用于生产轮式部件的模具 。 结果表明 ， 该模具和保形冷却通道成功制造 。 此外 ， 共形冷却通道的使用使成型周期缩短了20–50% ， 这体现在经济效益上 。
LP-DED在其他部门的生产
生物医学领域也有不同的应用 。 医学领域使用的金属植入物的主要问题是金属部分和骨骼的机械特性不匹配 ， 这可能导致骨折和其他问题 。 因此 ， 一些研究侧重于减少这种不匹配 。 例如 ， Dinda等人使用LP-DED工艺生产Ti6Al4V支架 ， 用于患者特定的骨组织工程（图27） 。 该过程是在控制室中使用氩和氦的混合物进行的 。 这样 ， 与氧化有关的问题就减少了 。 竣工支架的平均表面粗糙度为25μm 。 喷砂操作后 ， 表面粗糙度降低至12μm ， 达到骨组织工程的推荐标准 。 竣工部分具有非常高的拉伸强度和屈服强度 ， 分别为1163 MPa和1105 MPa；然而 ， 延展性低于ASTM F136-79规定的极限 。 因此 ， 进行热处理以增加延展性值 。 他们的工作表明 ， LP-DED是生产硬组织生物材料的合适工艺 。
图27 DMD工艺生产的STL文件和b Ti6Al4V支架 。
Krishna等人提出了一种方法 ， 允许使用LP-DED工艺生产功能性髋关节干（图28） 。 在他们的研究中 ， 为了获得内部孔隙度 ， 改变了工艺参数和设计方法 。 这种诱导的内部孔隙可以降低组件的体积密度 ， 并减少骨的刚度和植入材料的刚度之间的差异 。 结果表明 ， 体积密度从4.5 g/cm3降低到3.6 g/cm3 ， LP-DED工艺可成功用于生产定制植入物 ， 并根据患者的需要提供个性化的特性 。
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