Production de Single Tracks de Ti-6Al-4V par le dépôt d’énergie dirigée pour déterminer l’épaisseur de la couche pour les dépôts multicouches
Summary
Dans cette recherche, une méthode rapide fonte piscine la caractérisation est élaborée pour estimer l’épaisseur de la couche de Ti-6Al-4V composantes produites par le dépôt d’énergie dirigée.
Abstract
Réalisé énergie dépôts (DED), qui est une technique de fabrication additive, implique la création d’un bain de fusion avec un faisceau laser où la poudre métallique est injecté sous forme de particules. En général, cette technique est employée pour fabriquer ou réparer les composants différents. Dans cette technique, les caractéristiques finales sont affectés par de nombreux facteurs. En effet, l’une des tâches principales dans la construction de composants par DED est l’optimisation des paramètres du processus (par exemple la puissance du laser, laser vitesse, focus, etc.) qui est habituellement réalisée à travers une vaste enquête expérimentale. Cependant, ce genre d’expérience est extrêmement longue et coûteuse. Ainsi, afin d’accélérer le processus d’optimisation, une enquête a été menée pour développer une méthode basée sur des caractérisations de piscine de fonte. En effet, dans ces expériences, des pistes individuelles de Ti-6Al-4V ont été déposés par un procédé DED avec plusieurs combinaisons de puissance laser laser vitesse. Morphologie de la surface et les dimensions des pistes individuelles ont été analysées, et les caractéristiques géométriques des bassins de fonte ont été évalués après polissage et gravure à l’eau-forte des coupes. Informations utiles au sujet du choix des paramètres du procédé optimal est possible en examinant les caractéristiques de piscine de fonte. Ces expériences sont étendues pour caractériser les gros blocs avec plusieurs couches. En effet, ce manuscrit décrit comment il serait possible de déterminer rapidement l’épaisseur de la couche pour les dépôts massifs et éviter plus ou moins les dépôts selon la densité d’énergie calculée des paramètres optimaux. Mis à part l’over ou sous dépôt, temps et économiser des matériaux sont les autres grands avantages de cette approche dans laquelle la déposition de composants multicouches peut être démarrée sans aucune optimisation de paramètres en fonction de l’épaisseur de la couche.
Introduction
Ti-6Al-4V est le plus couramment utilisé en alliage de Ti dans l’aéronautique, avion, automobile et les industries biomédicales en raison de son rapport résistance-poids élevé, excellente ténacité, de faible densité, résistance et chaleur traitabilité. Toutefois, les faits nouveaux intervenus dans d’autres applications sont difficiles, en raison de sa faible conductivité thermique et les caractéristiques de forte réactivité, qui provoquer son usinabilité médiocre. En outre, en raison de la chaleur, des phénomènes de durcissement lors de la coupe, un traitement thermique spécifique doit être entrepris1,2,3,4.
Néanmoins, additif (AM) technologies de fabrication montré un grand potentiel pour servir de nouvelles techniques de fabrication qui peuvent réduire la consommation d’énergie et les prix et répondre à certains des défis actuels dans la fabrication d’alliage de Ti-6Al-4V.
Techniques de fabrication additive sont connus comme innovante et peut fabriquer une forme nette proche constituants dans un mode de couche par couche. Une approche de couche par couche fabrication additive, tranches d’un modèle de conception assistée par ordinateur (CAO) en couches minces et génère ensuite le composant couche par couche, est fondamentale pour toutes les méthodes de l’AM. En général, fabrication additive des matériaux métalliques peut être divisée en quatre différents processus : poudre lit, poudre (poudre soufflé) d’alimentation, alimentation du fil et autres routes3,5,6.
Réalisé énergie dépôts (DED) est une classe de fabrication additive et est un processus de poudre soufflé qui fabrique en trois dimensions (3D) près de parties solides forme nette d’un fichier CAD similaire aux autres méthodes de AM. Contrairement aux autres techniques, DED peut non seulement être utilisé comme une méthode de fabrication, mais peut également être employée comme une technique de réparation pour les pièces de grande valeur. Dans le processus DED, matériau de poudre ou de fil métallique est alimentée par un gaz vecteur ou moteurs dans la piscine de fonte, qui est générée par le laser de faisceau soit sur le substrat ou précédemment déposé couche. Le processus DED est un procédé de fabrication avancée prometteuse qui est capable de réduire le ratio de l’acheter à voler et est également capable de réparer des pièces de grande valeur qui auparavant étaient trop coûteux à remplacer ou irréparable7.
Afin d’atteindre les dimensions géométriques voulues et les propriétés des matériaux, il est vital d’établir les paramètres appropriés,8. Plusieurs études ont été entreprises pour élucider la relation entre les paramètres de processus et les propriétés finales de l’échantillon déposé. Peyre et al. 9 construit quelques parois minces avec des paramètres différents processus et puis eux caractérisés à l’aide de profilométrie 2D et 3D. Ils ont montré que l’épaisseur de la couche et fonte piscine volume affectent les paramètres de rugosité sensiblement. Vim et al. 10 a proposé un modèle afin d’analyser la relation entre les paramètres du procédé et des caractéristiques géométriques d’une couche de revêtement unique (hauteur vêtu, vêtues de largeur et profondeur de pénétration).
À ce jour, plusieurs études sur le DED de Ti alliages ont été rapportés, plus dont axée sur l’influence de la combinaison de paramètres sur les propriétés des échantillons massifs11,12,4. Eddy et al. étudié l’effet de balayage vitesse et poudre de débit sur les propriétés obtenues de l’alliage métallique de la Ti-6Al-4V déposé de laser. Ils ont constaté qu’en augmentant la vitesse de balayage et de la poudre à débit la microstructure changé de Widmanstätten à une microstructure martensitique, qui se traduit par une augmentation de la rugosité et la microdureté des spécimens déposés7. Néanmoins, moins attention a été accordée à la conception de la mise d’épaisseur de couche. Choi et al. ont étudié la corrélation entre l’épaisseur de la couche et les paramètres du procédé. Ils ont constaté que les principales sources d’erreur entre la hauteur actuelle et la hauteur réelle l’épaisseur couche et taux de débit massique de poudre mise13. Leurs études n’implémentent pas correctement de réglage d’épaisseur de couche parce qu’ils comportaient des processus longs et inexactes dans le réglage d’épaisseur de couche. Ruan et al. ont étudié l’effet de vitesse sur la hauteur de la couche déposée à une puissance constante laser et poudre alimentation taux14à balayage laser. Ils ont proposé certains modèles empiriques pour réglage d’épaisseur de couche qui ont été obtenus dans des conditions de traitement spécifique, et donc le réglage d’épaisseur de couche peut-être pas précis en raison de l’utilisation des paramètres de processus spécifique15. Contrairement aux précédentes œuvres, l’épaisseur de la couche définissant le processus proposé dans ce manuscrit est une méthode rapide qui peut être effectuée sans perte de temps et matériaux.
L’objectif principal de ce travail est de développer une méthode rapide pour la détermination de l’épaisseur de la couche selon les caractéristiques des voies simples de l’alliage de Ti-6Al-4V à paramètres du procédé DED optimales. Par la suite, les paramètres de processus optimal sont employés pour déterminer une épaisseur de la couche et de fabriquer des blocs de Ti-6Al-4V haute densités sans perdre de temps et de matériaux.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans cet ouvrage, l’accent était sur le paramètre de largeur tranchage dans le processus DED de Ti-6Al-4V, selon la géométrie des caractéristiques piscine fonte. À cette fin, un protocole en deux étapes a été défini et utilisé. La première partie du protocole était une optimisation des paramètres de processus pour les dépôts de balayage unique et, au cours de cette étape, les paramètres optimaux ont été atteints et les géométries de piscine de fonte ont été mesurés. Dans la deuxième partie du …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs aimerait remercier le projet de recherche européen appartenant au programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 Borealis – la classe énergétique de 3 a Machine Flexible pour le nouvel additif et soustractif de fabrication sur la prochaine génération de 3D complexes pièces métalliques
Materials
| Ti-6Al-4V powder | Xi’Tianrui new material | As starting material | |
| ISOMET precision cutter | Bohler | To cut the samples | |
| Polishing machine | Presi | To polish the samples | |
| EpoFix resin | Presi | To mount the samples | |
| Diamond paste | Presi | For polishing | |
| Optical Microscope | Leica | Microstructural observation | |
| Field emission scanning electron microscope | Merlin-Zeiss | Microstructural observation | |
| Stereo microscope | Leica | ||
| LEC1- CS444 ANALYSER | IncoTest | Chemical analysis | |
| LEC3 – ELTRA OHN2000 ANALYSER | IncoTest | Chemical analysis | |
| LEC2 – LECO TC436AR ANALYSER | IncoTest | Chemical analysis | |
| ICP | IncoTest | Chemical analysis | |
| IRB 4600 | ABB | Antropomorphic robot | |
| GTV PF | GTV | Powder feeding system | |
| YW 52 | Precitec | Laser head | |
| Nozzles | IRIS | Nozzle for feeding powders | |
| YLS 3000 | IPG Photonics | Laser source |
Riferimenti
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