Produktion von Singletrails von Ti-6Al-4V durch gerichtete Energie Ablagerung zur Ermittlung der Schichtdicke für mehrschichtige Deposition
Summary
In dieser Forschung ist eine schnelle Methode basiert auf Schmelze Pool Charakterisierung entwickelt, um die Schichtdicke der Ti-6Al-4V Komponenten hergestellt durch gerichtete Energie Ablagerung zu schätzen.
Abstract
Directed Energy Deposition (DED), die eine additive Fertigungstechnik ist, die Schaffung ein Schmelzbad mit einem Laserstrahl macht wo Metallpulver als Partikel injiziert wird. Im Allgemeinen wird diese Technik eingesetzt, um entweder fabrizieren oder andere Komponenten zu reparieren. Bei dieser Technik werden die endgültigen Eigenschaften von vielen Faktoren beeinflusst. In der Tat ist eine der Hauptaufgaben im Bauteile von DED die Optimierung der Prozessparameter (z. B. Laserleistung, Laser-Geschwindigkeit, Konzentration, etc.), die in der Regel durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt wird. Allerdings ist diese Art von Experiment extrem langwierig und kostspielig. So, um den Optimierungsprozess zu beschleunigen, wurde eine Untersuchung durchgeführt, um eine Methode basiert auf der Schmelze Pool Charakterisierungen zu entwickeln. In der Tat in diesen Experimenten wurden Singletrails von Ti-6Al-4V abgelagert durch einen DED-Prozess mit mehreren Kombinationen der Laserleistung und Laser-Geschwindigkeit. Oberflächenmorphologie und Abmessungen der einzelnen Tracks wurden analysiert und geometrische Eigenschaften der Schmelze Pools wurden ausgewertet nach Polieren und Ätzen der Querschnitte. Hilfreiche Informationen zur Auswahl der optimalen Prozessparameter kann durch die Untersuchung der Schmelze Pool Funktionen erreicht werden. Diese Experimente werden ausgebaut, um größere Blöcke mit mehreren Ebenen zu charakterisieren. Tatsächlich beschreibt diese Handschrift, wie es wäre möglich, die Schichtdicke für die massive Ablagerung schnell zu ermitteln, und vermeiden Sie über oder unter Abscheidung entsprechend der berechneten Energiedichte der optimalen Parameter. Abgesehen von den über oder unter Abscheidung sind Zeit- und Materialaufwand sparen die anderen großen Vorteile dieses Ansatzes, in dem die Ablagerung von mehrschichtigen Bauteilen ohne irgendwelche Parameteroptimierung in Bezug auf die Schichtdicke gestartet werden kann.
Introduction
TI-6Al-4V ist die am häufigsten verwendeten Ti-Legierung in der Luft-und Raumfahrt, Flugzeuge, Automobile, und biomedizinischen Industrie wegen seiner hohen Stärke-zugewicht Verhältnis, ausgezeichnete Bruchzähigkeit, geringes spezifisches Gewicht, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Wärme Behandelbarkeit. Seine Weiterentwicklungen in anderen Anwendungen sind herausfordernd, führen jedoch aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit und hohe Reaktivität Funktionen, die seine schlechte Zerspanbarkeit. Darüber hinaus muss wegen der Hitze aushärten Phänomene beim Schneiden, eine spezifische Wärmebehandlung durchgeführt1,2,3,4sein.
Dennoch zeigten Additive manufacturing (AM) Technologien großes Potential als neue Fertigungstechniken verwendet werden, die den Preis und Energieverbrauch reduzieren und einige der aktuellen Herausforderungen in der Herstellung der Legierung Ti-6Al-4V ansprechen können.
Additive Fertigungsverfahren sind bekannt als innovativ und ein in der Nähe von net Shape fabrizieren können Komponenten in einer Schicht für Schicht-Mode. Eine Schicht für Schicht additive Fertigung, die Scheiben ein Computer Aided Design (CAD) Modell in dünnen Schichten und baut dann das Bauteil Schicht für Schicht, ist das Fundament für alle AM Verfahren. Im Allgemeinen kann additiver Fertigung metallischer Werkstoffe in vier verschiedene Prozesse unterteilt werden: Pulver, Bett, Pulverförderung (geblasene Pulver), Drahtvorschub und andere Routen3,5,6.
Energy Deposition (DED) ist eine Klasse der additiven Fertigung und ist ein geblasen Pulver-Prozess, der dreidimensionale (3D) fertigt in der Nähe von Netto Form festen Teile aus einer CAD-Datei ähnlich wie bei anderen Methoden AM gerichtet. Im Gegensatz zu anderen Techniken DED kann nicht nur als ein Herstellungsverfahren verwendet werden, aber auch als eine Reparatur Technik für hochwertige Bauteile eingesetzt werden. Dabei DED metallische Pulver oder Draht Material wird durch eines Trägergases zugeführt oder Motoren in den Pool der Schmelze, die durch den Laser erzeugt wird Strahlen entweder auf das Substrat oder zuvor Schicht abgelagert. Der DED-Prozess ist eine vielversprechende fortschrittliche Herstellungsverfahren, die ist in der Lage das Buy-to-Fly-Verhältnis abnimmt, und ist auch in der Lage, hochwertige Teile, die bisher zu teuer, zu ersetzen oder irreparable7zu reparieren.
Um die gewünschten geometrischen Abmessungen und Materialeigenschaften zu erreichen, ist es wichtig, die entsprechenden Parameter8zu etablieren. Verschiedene Studien wurden durchgeführt, um die Beziehung zwischen der Prozessparameter und die Endeigenschaften des hinterlegten Beispiels erläutern. Peyre Et al. 9 einige dünne Wände mit unterschiedlichen Prozessparametern gebaut, und sie dann mithilfe von 2D und 3D Profilometry gekennzeichnet. Sie zeigten, dass die Schichtdicke und Schmelze Pool Volumen der Rauheitsparameter merklich beeinflussen. Vim Et Al. 10 schlug ein Modell um das Verhältnis zwischen der Prozessparameter und geometrischen Eigenschaften eines einzigen Verkleidung Layers (bekleideten Höhe, bekleideten Breite und Tiefe des Durchgriffes) zu analysieren.
Bis heute wurden mehrere Studien zu DED Ti wurden Legierungen gemeldet, die meisten davon auf den Einfluss der Kombination von Parametern auf Eigenschaften des massiven Proben11,12,4konzentriert. Rasheedat Et Al. untersuchten die Wirkung von Scan-Geschwindigkeit und Pulver-Durchfluss auf die daraus resultierenden Eigenschaften der Laser hinterlegten Ti-6Al-4V Metalllegierung. Sie fanden, dass durch Erhöhung der Scan-Geschwindigkeit und Pulver Durchfluss der Mikrostruktur von Widmanstätten auf ein Martensitisches Gefüge geändert bewirkt eine Erhöhung der Oberflächenrauheit und der Mikrohärte von hinterlegten Proben7. Dennoch hat weniger Aufmerksamkeit zu entwerfen die Layereinstellung Dicke. Choi Et al.. die Korrelation zwischen der Schichtdicke und Prozessparameter untersucht. Sie haben festgestellt, dass die wichtigsten Fehlerquellen zwischen der gegenwärtigen Höhe und die tatsächliche Höhe der Pulver Massenstrom Rate und Schichtdicke13einstellen. Ihr Studium hat nicht richtig dicke Layereinstellung implementiert, weil sie lange und ungenau Prozesse in dicke Layereinstellung beteiligt. Ruan Et Al. haben die Wirkung von Laser-scanning-Geschwindigkeit auf der abgeschiedenen Schichthöhe bei konstanter Laserleistung und Pulver Fütterung Rate14untersucht. Sie haben einige empirische Modelle vorgeschlagen, für dicke Layereinstellung, die unter bestimmten Verarbeitungsbedingungen gewonnen wurden, und so dicke Layereinstellung möglicherweise nicht präzise durch den Einsatz von spezifischen Prozess Parameter15. Im Gegensatz zu früheren Werken ist die Schichtdicke Prozess vorgeschlagen, in diesem Manuskript eine schnelle Methode, die ausgeführt werden kann, ohne Verschwendung von Zeit und Material.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist eine schnelle Methode zur Bestimmung der Schichtdicke anhand der Merkmale der einzelnen Tracks der Legierung Ti-6Al-4V bei optimalen DED Prozessparameter zu entwickeln. Danach werden die optimalen Prozessparameter eingesetzt, um eine Schichtdicke zu bestimmen und High-Density-Ti-6Al-4V Blöcke ohne verschwenden Zeit und Materialien zu fertigen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dabei lag der Schwerpunkt auf das slicing Dicke setzen in der DED-Prozess der Ti-6Al-4V, entsprechend der Geometrie der Schmelze Pool Eigenschaften. Zu diesem Zweck wurde ein zweistufiges Protokoll definiert und verwendet. Der erste Teil des Protokolls war eine Optimierung der Prozessparameter für Einzelscan Ablagerung während dieses Schrittes, die optimalen Parameter wurden erreicht und die Schmelze Pool Geometrien wurden gemessen. Im zweiten Teil des Protokolls wurde die spezifische Energiedichte von Proben bei der o…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren möchte das europäische Forschungsprojekt Zugehörigkeit zu Forschung und Innovation Programm Horizont 2020 Borealis – 3A Energieklasse Flexible Maschine für die neue Additive und subtraktive Herstellung auf die nächste Generation von komplexen 3D anerkennen Metallteile
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
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