إنتاج المسارات واحد من تي-6Al-4V بترسب الطاقة الموجهة لتحديد سمك طبقة لترسب الطبقات
Summary
في هذا البحث، هو وضع أسلوب سريع استناداً إلى ذوبان توصيف تجمع لتقدير سمك طبقة من مكونات Ti-6Al-4V تنتجها ترسب الطاقة الموجهة.
Abstract
توجيه الطاقة ترسب (الدائرة)، وأسلوب تصنيع مضافة، يتضمن إنشاء مجمع المنصهر مع شعاع ليزر حيث يتم حقن مسحوق المعادن كجسيمات. بشكل عام، يعمل هذا الأسلوب اختﻻق أو إصلاح مكونات مختلفة. في هذا الأسلوب، تتأثر خصائص النهائية بالعديد من العوامل. والواقع أن إحدى المهام الرئيسية في بناء عناصر من قبل دائرة التنمية الاقتصادية هي الأمثل لمعلمات العملية (مثل طاقة الليزر، سرعة الليزر، والتركيز، إلخ) الذي عادة ما يضطلع به من خلال تحقيق تجريبية واسعة النطاق. ومع ذلك، هذا النوع من تجربة طويلة ومكلفة للغاية. وهكذا، أجرى تحقيق بغية التعجيل بعملية التحسين، لتطوير أسلوب يقوم على الأوصاف تجمع تذوب. في الواقع، في هذه التجارب، أودعت المسارات واحد من تي-6Al-4V بعملية الدائرة مع مجموعات متعددة من طاقة الليزر وسرعة الليزر. حللت مورفولوجيا السطحية والأبعاد لمسارات واحدة، وتم تقييم الخصائص الهندسية لتجمعات تذوب بعد الصقل والنقش في المقاطع العرضية. ويمكن تحقيق معلومات مفيدة بشأن اختيار معلمات العملية المثلى عن طريق فحص خصائص تجمع تذوب. هي يجري توسيع نطاق هذه التجارب لتوصيف كتل أكبر مع طبقات متعددة. وفي الواقع، يصف هذه المخطوطة كيف أنه سوف يكون من الممكن تحديد سماكة طبقة لترسبات ضخمة بسرعة، وتجنب الإفراط في أو ترسب وكيل وفقا لكثافة الطاقة المحسوبة من المعلمات الأمثل. وبصرف النظر عن أكثر أو ترسب الناقص، الوقت ومواد الحفظ من مزايا كبيرة أخرى من هذا النهج الذي يمكن أن تبدأ ترسب مكونات متعددة الطبقات دون أي التحسين المعلمة من حيث سمك الطبقة.
Introduction
تي-6Al-4V الأكثر استخداماً سبائك Ti في الطائرة الفضائية الجوية، والسيارات، والصناعات الطبية الحيوية بسبب نسبة عالية من القوة إلى الوزن والمتانة الكسر ممتازة، والثقل النوعي المنخفض، ممتازة المقاومة للتآكل، والحرارة وامتزاز. بيد يتحدون مزيد من التطورات في التطبيقات الأخرى، نظراً لانخفاض الموصلية الحرارية وميزات تفاعلية عالية، التي تسفر به ماتشينابيليتي الفقيرة. وعلاوة على ذلك، بسبب الحرارة تصلب الظواهر خلال القطع، يجب أن يكون علاج حرارة النوعية التي قطعتها1،2،،من34.
ومع ذلك، أظهرت مضافات صناعة التكنولوجيات (ص) إمكانات كبيرة لاستخدامها كتقنيات التصنيع الجديدة التي يمكن تقليل استهلاك الطاقة والسعر، والتصدي لبعض التحديات الراهنة في تصنيع سبيكة تي-6Al-4V.
تقنيات التصنيع المضافة تعرف باسم مبتكرة ويمكن تلفيق شكل صافي قريب المكون بشكل طبقة بعد طبقة. اتباع نهج تصنيع مضافة طبقة بطبقة شرائح نموذج تصميم بمساعدة كمبيوتر (CAD) في طبقات رقيقة وثم ينشئ مكون طبقة بطبقة، شرطا أساسيا لجميع أساليب صباحا. وبصفة عامة، يمكن تقسيم التصنيع المضافة للمواد المعدنية في أربع عمليات مختلفة: مسحوق سرير ومسحوق الأعلاف (مسحوق مهب) وسلك تغذية وأخرى طرق3،،من56.
توجيه الطاقة ترسب (الدائرة) هي فئة من تصنيع المواد المضافة وهي عملية مسحوق مهب تلفيق ثلاثي الأبعاد (3D) قرب الشكل الصافي الأجزاء الصلبة من ملف CAD مشابهة لأساليب أخرى صباحا. خلافا لغيرها من تقنيات، دائرة التنمية الاقتصادية لا يمكن أن تستخدم فقط كأسلوب تصنيع، ولكن أيضا يمكن أن تستخدم كأسلوب لإصلاح الأجزاء ذات القيمة العالية. في عملية التنمية، وتغذي المواد مسحوق أو الأسلاك المعدنية بغاز الناقل أو موتورز في تجمع تذوب، التي تم إنشاؤها بواسطة الليزر شعاع على أما الركيزة أو المودعة سابقا طبقة. عملية الدائرة هو عملية تصنيع متقدمة واعدة قادرة على خفض نسبة يبيع للطيران، وهي أيضا قادرة على إصلاح الأجزاء ذات القيمة العالية التي كانت في السابق باهظة ليحل محل أو لا يمكن إصلاحه7.
من أجل تحقيق الأبعاد الهندسية المطلوبة وخصائص المواد، من الضروري إنشاء المعلمات المناسبة8. أجريت دراسات عديدة توضيح العلاقة بين معلمات العملية وخصائص العينة المودعة والنهائي. فرنسا et al. 9 بناء بعض الجدران رقيقة مع معلمات مختلفة من العملية، وثم وصف لهم باستخدام بروفيلوميتري 2D و 3D. أنها أظهرت أن سمك الطبقة وحجم تجمع تذوب تؤثر المعلمات خشونة ملحوظة. فيم وآخرون. 10 اقترح نموذجا من أجل تحليل العلاقة بين معلمات العملية وخصائص هندسية من طبقة واحدة الكسوة (يرتدون الارتفاع والعرض يرتدون ملابس وعمق الاختراق).
وحتى الآن، العديد من الدراسات عن “الدائرة الاقتصادية لمنظمة الشفافية الدولية” أبلغ سبائك، الأكثر التي ركزت على تأثير مزيج المعلمات على خصائص عينات ضخمة11،12،4. رشيدة وآخرون. دراسة تأثير معدل التدفق مسحوق وسرعة المسح الضوئي على خصائص الناتجة الليزر المودعة تي-6Al-4V سبيكة معدنية. ووجدوا أن معدل التدفق المجهرية تغير بزيادة سرعة المسح الضوئي ومسحوق من Widmanstätten إلى المجهرية الفيريتي، مما يؤدي إلى زيادة خشونة السطح وميكروهاردنيس من العينات المودعة7. ومع ذلك، قد تم اهتمام أقل لتصميم الإعداد سمك الطبقة. شوي وآخرون. حققت الترابط بين سمك الطبقة ومعلمات العملية. أنهم وجدوا أن المصادر الرئيسية للخطأ بين الارتفاع الحالي وارتفاع الفعلية هي مسحوق التدفق الجماعي معدل وطبقة سمك إعداد13. دراستهم لم بشكل صحيح تنفذ الإعداد سمك طبقة نظراً لأنها تنطوي على عمليات مطولة وغير دقيقة في تحديد سماكة طبقة. روان وآخرون. حققت تأثير ليزر سرعة ارتفاع طبقة المودعة في قوة الليزر المستمر ومسحوق تغذية معدل14المسح الضوئي. قد اقترحوا بعض نماذج تجريبية لتحديد سمك الطبقة التي تم الحصول عليها تحت ظروف محددة من تجهيز، وهكذا تحديد سماكة طبقة قد لا تكون دقيقة بسبب استخدام عملية محددة للمعلمات15. خلافا للأعمال السابقة، هو سمك طبقة إعداد العملية المقترحة في هذه المخطوطة أسلوب سريعة التي يمكن أن يؤديها دون إضاعة الوقت والمواد.
التركيز الرئيسي لهذا العمل وضع طريقة سريعة لتحديد سمك الطبقة التي تستند إلى خصائص مسارات واحدة من سبيكة تي-6Al-4V في معلمات العملية الدائرة الأمثل. وبعد ذلك، يعملن معلمات العملية المثلى تحديد سماكة طبقة وافتعال كتل تي-6Al-4V عالي الكثافة دون إضاعة الوقت والمواد.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذا العمل، كان التركيز على إعداد سمك تشريح في العملية الدائرة الاقتصادية لمنظمة الشفافية الدولية-6Al-4V، وفقا لهندسة تذوب تجمع الخصائص. لهذا الغرض، تعريف بروتوكول خطوتين واستخدامها. الجزء الأول من البروتوكول هو الأمثل معلمات العملية لترسب تفحص واحد، وأثناء هذه الخطوة، تحققت المعلمات ال…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يود المؤلفون أن يعترف المشروع الأوروبي لبحوث تابعة لبرنامج البحث والابتكار في أفق 2020 القطبي-فئة الطاقة 3A “مرنة آلة” مضافة جديدة و “تصنيع مطروح” على الجيل القادم من 3D المعقدة أجزاء معدنية
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 |
Referências
- 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).
