Ti-6Al-4V 멀티 레이어 증 착에 대 한 레이어 두께 결정 하기 위해 증 착 지시 에너지의 단일 트랙의 생산
Summary
이 연구에서 용융 풀 특성에 따라 신속한 방법 Ti-6Al-4V 구성 요소 감독된 에너지 공 술 서에 의해 생산의 레이어 두께 예측 하려면 개발 된다.
Abstract
감독 에너지 공 술 서 (DED), 첨가제 제조 기술, 즉 금속 분말 입자로 주입은 레이저 빔으로 녹은 수영장의 창조를 포함 한다. 일반적으로,이 기술은 날조 하거나 다른 구성 요소를 복구 채택 된다. 이 기술에서는, 마지막 특성은 많은 요인에 의해 영향을 받습니다. 실제로, 공격 한 컴포넌트를 건물에 주요 작업 중 하나 일반적으로 실시 하는 광범위 한 실험 조사를 통해 공정 파라미터 (예: 레이저 파워, 레이저 속도, 초점, 등)의 최적화입니다. 그러나, 실험의이 종류는 매우 길고 비용이 많이 드는입니다. 따라서, 최적화 과정을 가속 하기 위하여 조사는 용융 풀 characterizations에 따라 방법을 개발 실시 됐다. 사실,이 실험에서 Ti-6Al-4V의 단일 트랙 레이저 파워 및 레이저 속도의 여러 조합으로 공격 한 과정에 의해 예금 되었다. 표면 형태 및 단일 트랙의 크기 분석 했다, 그리고 용융 풀의 기하학적 특성 연마 및 횡단면을 에칭 후 평가 했다. 용융 풀 기능을 검토 하 여 최적의 프로세스 매개 변수 선택에 관한 유용한 정보를 얻을 수 있습니다. 이러한 실험 여러 레이어와 큰 블록의 특성 확장 되 고 있습니다. 실제로,이 원고는 어떻게 거 대 한 증 착에 대 한 레이어 두께 신속 하 게 확인할 수 있을 것이 고 피하기 또는 밑의 증 착 계산 된 에너지 밀도 따라 최적의 매개 변수 설명 합니다. 이상, 아래 증 착, 시간 및 물자 절약 다층 구성 요소의 증 착 레이어 두께 측면에서 모든 매개 변수 최적화 없이 시작할 수 있는이 접근의 다른 큰 장점이 있습니다.
Introduction
Ti-6Al-4V는 가장 일반적으로 사용 되는 항공 우주, 항공기, 자동차, Ti 합금 및 생물 산업 그것의 높은 힘에 무게 비율, 우수한 파괴 인 성이, 낮은 특정 한 중력, 우수한 내 식 성 및 열 벗어날입니다. 그러나, 다른 응용 프로그램에서의 추가 개발에 도전, 때문에 그것의 낮은 열 전도도 및 높은 반응성 기능, 어떤 귀 착될 그것의 가난한 기계 가공. 또한, 절단 동안 현상 강화 열, 비 열 처리 착수1,2,,34여야 합니다.
그럼에도 불구 하 고, 첨가제 제조 기술 (오전) 가격 및 에너지 소비를 줄일 수 있으며 Ti-6Al-4V 합금의 제조에 있는 현재 도전 중 일부를 해결 하는 새로운 제조 기법으로 사용할 큰 잠재력을 보여주었다.
첨가제 제조 기술과 혁신으로 알려져 있습니다 수 조작 근처 그물 모양 레이어, 레이어 방식에서 구성 요소. 얇은 층으로 컴퓨터 원조 설계 (CAD) 모델을 조각 하 고 다음 구성 요소 계층으로 레이어를 구축, 레이어, 레이어 첨가제 제조 방법은 모든 오전 메서드에 대 한 기본입니다. 일반적으로 금속 재료의 첨가제 제조 4 개의 다른 과정으로 나눌 수 있습니다: 분말 침대, 파우더 (분된 가루) 피드, 피드, 철사 및 다른 노선3,,56.
다른 오전 메서드와 비슷한 CAD 파일에서 그물 모양 고체 부분 근처 에너지 공 술 서 (DED) 첨가제 제조의 클래스 이며 날 려 분말 과정이 3 차원 (3D) 제조를 감독. 다른 기술, 달리 공격 한만 제조 방법으로 사용할 수 없습니다 수 있지만 또한 높은 가치 부품 수리 기술로 채택 될 수 있다. 공격 한 과정에서 금속 분말 또는 와이어 소재 캐리어 가스에 의해 먹이 또는 모터는 레이저에 의해 생성 되는 용융 풀에 기판에 빔 또는 이전 레이어를 입금. 공격 한 과정은 구매-비행 비율 감소의 수 이며 또한 엄청나게 비싼 대체 된 이전 높은 가치 부품 또는 돌이킬 수 없는7복구는 유망한 첨단된 제조 공정.
원하는 기하학적 치수 및 재료 특성을 달성 하기 위해 적절 한 매개 변수8설정에 생명 이다. 여러 연구 프로세스 매개 변수 및 예금 된 샘플의 최종 속성 사이의 관계를 명료 하 착수 되었습니다 했습니다. Peyre 외. 9 다른 프로세스 매개 일부 얇은 벽을 건설 하 고 2D 및 3D profilometry을 사용 하 여 그들을 특징. 그들은 레이어 두께 용융 풀 볼륨에 영향을 거칠기 매개 변수 눈에 띄게 나타났다. Vim 은 외. 10 프로세스 매개 변수 및 단일 피복 층 (입은 높이, 입은 폭, 그리고 침투의 깊이)의 기하학적 특성 사이의 관계를 분석 하기 위해 모델을 제안 했다.
날짜 하려면, Ti의 DED에 여러 연구 합금 보고 되었습니다, 대부분의 대규모 샘플11,12,4의 속성에 매개 변수 조합에의 영향에 초점. Rasheedat 외. 레이저 금속 예금 된 Ti-6Al-4V 합금의 결과 속성에 스캔 속도 분말 흐름 속도의 효과 공부 했습니다. 그들은 그 스캔 속도 분말을 늘려 흐름 속도 미세 변경 Widmanstätten에서 표면 거칠기의 증가 예금 된 표본7의 microhardness 귀착되는 마 르 텐 사이트 미세 발견. 그럼에도 불구 하 고, 더 적은 주의 디자인 레이어 두께 설정에 지급 되었습니다. 최 외. 레이어 두께 프로세스 매개 변수 사이의 상관 관계를 조사 있다. 그들은 현재 높이 실제 높이 사이의 오류의 주요 소스 설정13분말 질량 흐름 속도 레이어 두께 나타났습니다. 그들의 연구 않았다 제대로 구현 하지 레이어 두께 설정 때문에 그들은 레이어 두께 설정에서 정확 하 고 긴 프로세스 참여. Ruan 외. 레이저 스캐닝 지속적인 레이저 파워 및 분말 먹이 속도14에 예금 된 층 높이에 속도의 효과 조사. 그들은 특정 처리 조건 하에서 가져온 레이어 두께 설정에 대 한 몇 가지 경험적 모델을 제안 했다 고 따라서 레이어 두께 설정을 특정 프로세스 매개 변수15의 활용으로 인해 정확한 않을 수 있습니다. 이전 작품, 달리이 원고에 제안 프로세스 설정 레이어 두께 시간과 재료를 낭비 하지 않고 실행 될 수 있는 빠른 방법입니다.
이 작품의 주요 초점 최적의 공격 한 프로세스 매개 변수에서 Ti-6Al-4V 합금의 단일 트랙의 특성에 따라 레이어 두께의 결정에 대 한 빠른 방법을 개발 하는 것입니다. 그 후, 최적의 프로세스 매개 변수는 레이어 두께 결정 하는 시간과 재료를 낭비 하지 않고 고밀도 Ti-6Al-4V 블록 조작 고용 됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 작품에서 초점을 용융 풀 특성의 형상에 따라 Ti-6Al-4V, 공격 한 과정에서 슬라이스 두께 설정 했다. 이 위해 2 단계 프로토콜 정의 하 고 활용 했다. 프로토콜의 첫 번째 부분은 단일 검사 증 착에 대 한 매개 변수 프로세스의 최적화,이 단계 동안 최적의 매개 변수 달성 했다 이었고 용융 풀 형상 측정 되었다. 프로토콜의 두 번째 부분에서 최적의 매개 변수에서 견본의 특정 에너지 밀도 계산 했?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 수평선 2020 연구와 혁신 프로그램 보 리 얼 리스-복잡 한 3D의 다음 세대에 새로운 첨가제 및 빼기 제조에 대 한 유연한 기계 3A 에너지 클래스에 속하는 유럽 연구 프로젝트를 인정 하 고 싶습니다. 금속 부품
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
- Banerjee, D., Williams, J. C. Perspectives on Titanium Science and Technology. Acta Mater. 61 (3), 844-879 (2013).
- Peters, M., Leyens, C., Peters, M. . Titanium and Titanium Alloys. , (2003).
- Lin, J., Lv, Y., Liu, Y., et al. Microstructural evolution and mechanical property of Ti-6Al-4V wall deposited by continuous plasma arc additive manufacturing without post heat treatment. J Mech Behav Biomed Mater. 69 (December 2016), 19-29 (2017).
- Saboori, A., Gallo, D., Biamino, S., Fino, P., Lombardi, M. An Overview of Additive Manufacturing of Titanium Components by Directed Energy Deposition: Microstructure and Mechanical Properties. Appl Sci. 7 (9), (2017).
- Wu, X., Liang, J., Mei, J., Mitchell, C., Goodwin, P. S., Voice, W. Microstructures of laser-deposited Ti-6Al-4V. Mater Des. 25 (2), 137-144 (2004).
- Trevisan, F., Calignano, F., Aversa, A., et al. Additive manufacturing of titanium alloys in the biomedical field: processes, properties and applications. J Appl Biomater Funct Mater. , (2017).
- Mahamood, R. M., Akinlabi, E. T. Scanning speed and powder flow rate influence on the properties of laser metal deposition of titanium alloy. Int J Adv Manuf Technol. 91 (5-8), (2017).
- Shim, D., Baek, G., Seo, J., Shin, G., Kim, K., Lee, K. Effect of layer thickness setting on deposition characteristics in direct energy deposition ( DED ) process. Opt Laser Technol. 86, 69-78 (2016).
- Gharbi, M., Peyre, P., Gorny, C., et al. Influence of various process conditions on surface finishes induced by the direct metal deposition laser technique on a Ti-6Al-4V alloy. J Mater Process Technol. 213 (5), 791-800 (2013).
- Davim, J. P., Oliveira, C., Cardoso, A. Predicting the geometric form of clad in laser cladding by powder using multiple regression analysis (MRA). Mater Des. 29 (2), 554-557 (2008).
- Kobryn, P. A., Moore, E. H., Semiatin, S. L. The Effect Of Laser Power And Traverse Speed On Microstructure, Porosity, And Build Height In Laser-Deposited Ti-6Al-4V. Scripta Materialia. 43, 299-305 (2000).
- Bi, G., Gasser, A., Wissenbach, K., Drenker, A., Poprawe, R. Characterization of the process control for the direct laser metallic powder deposition. Surf Coatings Technol. 201 (6), 2676-2683 (2006).
- Choi, J., Chang, Y. Characteristics of laser aided direct metal/material deposition process for tool steel. Int J Mach Tools Manuf. 45 (4-5), 597-607 (2005).
- Ruan, J., Tang, L., Liou, F. W., Landers, R. G. Direct Three-Dimensional Layer Metal Deposition. J Manuf Sci Eng. 132 (6), 64502-64506 (2010).
- Chen, X., Tao, Z. Maximum thickness of the laser cladding. Key Eng Mater. 46, 381-386 (1989).
- Slotwinski, J. A., Garboczi, E. J., Stutzman, P. E., Ferraris, C. F., Watson, S. S., Peltz, M. A. Characterization of Metal Powders Used for Additive Manufacturing. J Res Natl Inst Stand Technol. 119, 460-493 (2014).
- Manfredi, D., Calignano, F., Krishnan, M., Canali, R., Ambrosio, E. P., Atzeni, E. From Powders to Dense Metal Parts: Characterization of a Commercial AlSiMg Alloy Processed through Direct Metal Laser Sintering. Materials. 6 (3), 856-869 (2013).
