Producción de pistas individuales de Ti-6Al-4V por deposición de energía dirigida a determinar el espesor de la capa de deposición multicapa
Summary
En esta investigación, se desarrolla un método rápido basado en caracterización de piscina del derretimiento para estimar el espesor de la capa de componentes de Ti-6Al-4V producidos por deposición de energía dirigida.
Abstract
Dirigida energía deposición (DED), que es una técnica de fabricación aditiva, implica la creación de un charco con un rayo laser en metal en polvo se inyecta como partículas. En general, esta técnica se emplea para fabricar o reparar componentes diferentes. En esta técnica, las características finales son afectadas por muchos factores. De hecho, una de las principales tareas en la construcción de componentes por DED es la optimización de los parámetros (como la energía del laser, laser velocidad, enfoque, etc.) que generalmente se lleva a cabo a través de una extensa investigación experimental. Sin embargo, este tipo de experimento es extremadamente largo y costoso. Así, con el fin de acelerar el proceso de optimización, se realizó una investigación para desarrollar un método basado en las caracterizaciones de la piscina de fusión. De hecho, en estos experimentos, solo huellas de Ti-6Al-4V fueron depositados por un proceso DED con múltiples combinaciones de energía del laser y laser velocidad. Morfología superficial y las dimensiones de pistas individuales se analizaron, y características geométricas de las piscinas de derretimiento se evaluaron después de pulido y grabado de los cortes transversales. Información útil sobre la selección de parámetros de proceso óptima se logra mediante el examen de las características de la piscina de fusión. Estos experimentos están ampliándose para caracterizar los bloques más grandes con múltiples capas. De hecho, este manuscrito describe cómo sería posible determinar rápidamente el espesor de la capa de deposición masiva y evitar la sobre o debajo-deposición según la densidad de energía calculada de los parámetros óptimos. Aparte de la sobre o debajo del depósito, tiempo y ahorro de materiales son las otras grandes ventajas de este enfoque en el que se puede iniciar la deposición de componentes múltiples capas sin ninguna optimización de parámetro en cuanto a espesor de la capa.
Introduction
Ti-6Al-4V es el más comúnmente utilizado aleación de Ti en el avión aeroespacial, automotriz y las industrias biomédicas debido a su alto cociente del fuerza-a-peso, resistencia a la fractura excelente, gravedad específica baja, resistencia a la corrosión y calor tratabilidad. Sin embargo, su evolución en otras aplicaciones es difíciles, debido a su baja conductividad térmica y características de alta reactividad, que resultan en su manufacturabilidad pobre. Por otra parte, debido al calor fenómenos de endurecimiento durante el corte, un tratamiento de calor específico debe ser realizado1,2,3,4.
Sin embargo, (mañana) tecnologías de fabricación aditiva demostró gran potencial para ser utilizado como nuevas técnicas de fabricación que pueden reducir el consumo de energía y precio y abordar algunos de los retos actuales en la fabricación de la aleación Ti-6Al-4V.
Técnicas de fabricación aditiva se conocen como innovador y puede fabricar una forma neta cerca componente en forma de capa por capa. Un enfoque de fabricación aditiva capa por capa, que rebanadas de un modelo de diseño asistido por computadora (CAD) en capas delgadas y luego construye el componente capa por capa, es fundamental para todos los métodos de AM. En general, fabricación aditiva de materiales metálicos se puede dividir en cuatro procesos diferentes: polvo de cama, polvo (polvo soplado) de alimentación, cable de alimentación y otras rutas3,5,6.
Dirigida energía deposición (DED) es una clase de fabricación aditiva y es un proceso de soplado en polvo que fabrica tridimensional (3D) cerca de partes sólidas en forma neta desde un archivo CAD similar a otros métodos de AM. A diferencia de otras técnicas, DED no sólo se puede utilizar como un método de fabricación, pero también puede ser empleado como una técnica de reparación de piezas de alto valor. En el proceso DED, material en polvo o alambre metálico es alimentado por un gas portador o motores en la piscina del derretimiento, generado por el láser de la viga ya sea el sustrato o depositaron previamente la capa. El proceso DED es un prometedor proceso de fabricación avanzada que es capaz de disminuir la proporción de compra para volar y también es capaz de reparar piezas de alto valor que anteriormente eran prohibitivamente caras reemplazar o irreparable7.
Para lograr la deseada dimensiones geométricas y propiedades de los materiales, es fundamental establecer parámetros adecuados8. Se han realizado varios estudios para aclarar la relación entre los parámetros del proceso y las propiedades finales de la muestra depositada. Peyre et al. 9 había construido algunas paredes delgadas con diferentes parámetros y luego había caracterizado mediante el uso de perfilometría 2D y 3D. Demostraron que el grueso de capa y volumen de la piscina del derretimiento afectan los parámetros de rugosidad perceptiblemente. VIM et al. 10 propuso un modelo para analizar a la relación entre los parámetros de proceso y características geométricas de una capa de revestimiento único (altura revestido, revestido de la anchura y profundidad de penetración).
Hasta la fecha, varios estudios sobre DED de Ti aleaciones se han divulgado, más que centrado en la influencia de la combinación de parámetros en las propiedades de las muestras masivas11,12,4. Rasheedat et al. estudió el efecto de escaneo polvo y velocidad de flujo en las propiedades resultantes de la laser metal depositada aleación Ti-6Al-4V. Encontraron que al aumentar la velocidad de escaneo y polvo caudal la microestructura cambiado de Widmanstätten a una microestructura martensítica, que resulta en un incremento de la rugosidad de la superficie y la microdureza de especímenes depositados7. Sin embargo, se ha prestado menos atención al diseño de la configuración del grueso de capa. Choi et al. investigaron la correlación entre el espesor de la capa y los parámetros del proceso. Han encontrado que las principales fuentes de error entre la altura actual y la altura real son el polvo de flujo másico tasa y capa ajustando un grosor de13. Sus estudios lo hizo implementar correctamente ajuste de espesor de capa porque participan procesos largos e inexactos en el ajuste de espesor de capa. Ruan et al. han investigado el efecto de la velocidad en la altura de la capa depositada en una energía constante y polvo alimentación tasa14de escaneo láser. Han propuesto algunos modelos empíricos de ajuste de espesor de capa obtenidos bajo condiciones de proceso específicas, y así el ajuste de espesor de capa no puede ser exacto debido a la utilización de parámetros de proceso específico15. A diferencia de trabajos anteriores, el grueso de la capa proceso propuesto en este manuscrito es un método rápido que se puede realizar sin pérdida de tiempo y materiales.
El objetivo principal de este trabajo es desarrollar un método rápido para la determinación del espesor de la capa basándose en las características de las pistas individuales de la aleación Ti-6Al-4V en parámetros óptimos del proceso de DED. Después de eso, los parámetros de proceso óptima se emplean para determinar el espesor de una capa y fabricar bloques de Ti-6Al-4V alta densidad sin perder tiempo y materiales.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este trabajo, el foco estaba en el ajuste grueso corte en el proceso DED de Ti-6Al-4V, según la geometría del derretimiento características de piscina. Para ello, un protocolo de dos etapas fue definido y utilizado. La primera parte del protocolo era una optimización de los parámetros del proceso para la deposición de exploración individual y, durante este paso, se alcanzaron los parámetros óptimos y las geometrías de la piscina de fusión fueron medidas. En la segunda parte del Protocolo, se calculó la den…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean reconocer el proyecto de investigación europeo pertenecientes al horizonte 2020 en investigación e innovación programa Borealis – la clase de energía 3A máquina Flexible para el nuevo aditivo y sustractivo de fabricación en la nueva generación de 3D complejas piezas de metal
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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