多層成膜の層の厚さを決定する指向性エネルギー蒸着法による Ti 6al-4 v の単一トラックの生産
Summary
本研究では、指向性エネルギー蒸着法による Ti 6al-4 v 材の層の厚さを推定する溶融プールの特性評価に基づく迅速法を開発します。
Abstract
監督エネルギー蒸着 (DED)、添加剤の製造手法である、粒子としての金属粉の注入、レーザー光線で溶融プールの作成が含まれます。一般に、製造または別のコンポーネントを修復するのにこの手法を採用します。この手法では、最終的な特性、多くの要因の影響を受けます。確かに、DED にコンポーネントを構築する上で主要なタスクの 1 つは通常大規模な実験的研究を通じて行われる (レーザー、レーザー速度、フォーカス等)などのプロセス パラメーターの最適化です。しかし、この種の実験は非常に時間のかかる、高価です。したがって、最適化のプロセスを加速するために調査を行った溶融プールの特性に基づく手法を開発します。実際には、これらの実験で Ti 6al-4 v のシングル トラックはレーザーの出力とレーザー速度の複数の組み合わせを持つ DED プロセスによって沈殿させた。表面形態および単一トラックの寸法を行ったと研磨とエッチングのクロス セクションの後溶融プールの幾何学的特性を調べた。最適なプロセス ・ パラメーターの選択に関する有用な情報は、溶融プールの機能を調べることによって実現できます。これらの実験は、複数のレイヤーを持つより大きなブロックを特徴付けるため拡張されています。確かに、この原稿は、どのようにそれは、大規模な成膜の層の厚さをすばやく判断することが可能を避けるか最適パラメーターの計算されるエネルギー密度に応じて下沈着について説明します。以上下沈着、離れて時間および保存材料、層の厚さの面で任意のパラメーターの最適化なしで多層部品の蒸着で起動できるこの方法の他の大きな利点です。
Introduction
Ti 6al-4 v は、最もよく使用される航空宇宙、航空機、自動車、Ti 合金とバイオメディカル産業高い強さに重量の比率、優れた靭性、低比重、優れた耐食性および熱のため処理。ただし、他のアプリケーションでのさらなる発展に挑戦している、低熱伝導率、高反応性機能のためにつながるその貧しい被削性。また、カット中に現象を硬化熱が原因特定の熱処理は実施1,2,3,4をする必要があります。
それにもかかわらず、添加剤製造 (午前) 技術は価格やエネルギー消費量を削減でき、Ti 6al-4 v 合金の作製における現在の課題のいくつかに対処する新しい製造技術として使用される大きな可能性を示した。
添加剤の製造技術と革新的な呼ばれる近い純形を作製することができます層によってファッションのコンポーネント。薄層にコンピューター支援設計 (CAD) モデルをスライスし、層コンポーネントをビルド、層によって添加剤の製造方法は、午前のすべてのメソッドのための基本です。一般に、金属材料の添加剤の製造は、4 つの異なるプロセスに分けることができます: ベッド、粉体 (粉末) を送り、ワイヤ送給、その他ルート3,5,6を粉体します。
その他午前方法と同様の CAD ファイルからソリッド部品をネットシェイプ近くエネルギー蒸着 (DED) 添加剤の製造のクラスです、三次元 (3 D) を製作する本格的な粉体プロセスを監督しました。他の手法とは対照的 DED のみ製造方法として使用しないことができますが、また、高付加価値部品の補修手法として用いることができます。DED プロセスで金属粉やワイヤー素材は、キャリアガスによって与えられるまたはレーザーによって生成される溶融プールにモーター基板のいずれかのビームまたは以前の層を堆積させた。DED プロセスは飛ぶために購入するの比率を減らすことが、以前は交換する価高付加価値部品または取り返しのつかない7を修復することができるも有望な高度な製造プロセスです。
目的の幾何学的寸法と材料特性を達成するために適切なパラメーター8を確立することが重要です。プロセス パラメーターと沈殿させたサンプルの最終的な特性の関係を明らかにするいくつかの研究を行っています。Peyreら9別のプロセスのパラメーターを持ついくつかの薄い壁を構築し、2 D と 3 D 形状測定を使用して、それらを特徴とします。彼らは、こと層の厚さと溶融プールのボリュームに著しく粗さパラメーターは影響を示した。Vimら。10は、プロセス パラメーターと単一のクラッディング (クラッド高さ、クラッド幅、および浸透の深さ) の幾何学的特性との関係を分析するためにモデルを提案しました。
までに、Ti DED にいくつかの研究を最もうち大規模なサンプル11,12,4の特性に及ぼすパラメーターの組み合わせに焦点を当てて、合金が報告されています。Rasheedatら。レーザー金属蒸着 Ti 6al-4 v 合金の結果プロパティのスキャン速度と粉体流量の効果を検討しました。彼らは、スキャン速度と粉を増やすことによって流量の微細構造から変更ウィドマンステッテン マルテン サイトの微細構造は, 表面粗さの増加と堆積標本7の硬度の結果を発見しました。それにもかかわらず、層厚設定を設計に以下の注意を支払われています。チェら。層の厚さとプロセスのパラメーター間の相関を調べた。彼らは実際の高さと現在の高さ間の誤差の主な情報源が粉末の質量流量率と層厚13を設定であることを発見しました。彼らは層の厚み設定で長いと不正確なプロセスを含んだので、勉学に層の厚み設定が正しく実装しませんでした。ルアンら。レーザー走査速度一定のレーザー パワーと粉末自動供給率14で堆積層の高さの影響を検討しました。層厚設定特定の処理条件下で得られたいくつかの経験的モデルを提案するが、従って層の厚み設定が特定のプロセス パラメーター15の使用率による正確なできない場合があります。以前の作品とは対照的厚本稿で提案するプロセスを設定、時間と材料を無駄にすることがなく行うことができる迅速な方法です。
この作品の主な焦点は、迅速 DED プロセス パラメーターの最適な Ti 6al-4 v 合金の 1 つのトラックの特性に基づいて層厚さの定量法を開発することです。その後、層の厚さを決定し、時間と材料の無駄なく高密度の Ti 6al-4 v ブロックを作製する最適なプロセス パラメーターが用いられます。
Protocol
Representative Results
Discussion
この作品の焦点は、溶融プールの特徴の幾何学によると Ti 6al-4 v、DED プロセスの設定スライス厚のでした。この目的のため 2 段階のプロトコルが定義され、利用されています。プロトコルの最初の部分が単一のスキャン蒸着のプロセス パラメーターの最適化そしてこの手順では、パラメーターの最適値を実現した、溶融プール形状を測定しました。プロトコルの 2 番目の部分では、最適なパ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、地平線 2020年研究と技術革新プログラム ボレアリス – 複雑な 3 D の次世代の 3 a エネルギー クラス新しい添加剤と減法製造機に属するヨーロッパの研究プロジェクトを認識したいです。金属部品
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 |
References
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