Produção de Single Tracks de Ti-6Al-4V pela deposição de energia dirigida para determinar a espessura de camada para deposição de várias camada
Summary
Nesta pesquisa, um método rápido, com base na caracterização de piscina de derretimento é desenvolvido para estimar a espessura da camada de componentes de Ti-6Al-4V, produzido pela deposição de energia dirigida.
Abstract
Dirigido a deposição de energia (DED), que é uma técnica de fabricação aditiva, envolve a criação de um pool derretido com um feixe de laser, onde o metal em pó é injetado como partículas. Em geral, esta técnica é empregada para fabricar ou reparar componentes diferentes. Nesta técnica, as características finais são afetadas por muitos fatores. Com efeito, uma das principais tarefas na construção de componentes por DED é a otimização dos parâmetros de processo (tais como o poder do laser, laser de velocidade, foco, etc.), que geralmente é realizada através de uma extensa investigação experimental. No entanto, este tipo de experimento é extremamente moroso e dispendioso. Assim, a fim de acelerar o processo de otimização, uma investigação foi conduzida para desenvolver um método baseado em caracterizações de piscina a derreter. Na verdade, nesses experimentos, única faixas de Ti-6Al-4V foram depositadas por um processo DED com várias combinações de poder do laser e do laser velocidade. Morfologia superficial e dimensões de faixas do single foram analisadas, e características geométricas de derretimento piscinas foram avaliadas após o polimento e gravura a secção transversal. Informações úteis relativas à selecção dos parâmetros de processo ideal podem ser alcançadas, examinando as características do pool de derreter. Estas experiências estão sendo estendidas para caracterizar os blocos maiores com várias camadas. Com efeito, este manuscrito descreve como seria possível determinar rapidamente a espessura de camada para a deposição maciça e evitar a sobre ou sob a deposição de acordo com a densidade de energia calculada dos parâmetros ideais. Além da sobre ou deposição insuficiente, tempo e materiais salvando são outras grandes vantagens desta abordagem, na qual a deposição de componentes multicamadas pode ser iniciada sem qualquer otimização de parâmetro em termos de espessura de camada.
Introduction
Ti-6Al-4V é o mais usado indústrias biomédicas e liga de Ti na indústria aeroespacial, aeronave, automotiva, por causa de sua alta relação resistência-peso, tenacidade à fratura excelente, baixa gravidade específica, excelente resistência à corrosão e calor tratabilidade. No entanto, sua evolução em outros aplicativos é um desafio, devido à sua baixa condutividade térmica e características de alta reatividade, que resultar em sua pobre usinabilidade. Além disso, devido ao calor de endurecimento fenômenos durante o corte, um tratamento de calor específico deve ser realizado1,2,3,4.
Não obstante, aditivo fabricação tecnologias (AM) mostrou grande potencial para ser usado como novas técnicas de fabricação que podem reduzir o consumo de energia e preço e abordar alguns dos desafios atuais na fabricação da liga Ti-6Al-4V.
Técnicas de fabricação de aditivos são conhecidas como inovador e pode fabricar uma forma líquida próxima componente forma um camada por camada. Uma abordagem de camada por camada de fabricação aditiva, que corta um modelo de Computer Aided Design (CAD) em camadas finas e em seguida, cria o componente de camada por camada, é fundamental para todos os métodos de AM. Em geral, fabricação de aditiva de materiais metálicos pode ser dividida em quatro processos diferentes: pó de cama, em pó (pó soprado) de alimentação, cabo de alimentação e outras rotas3,5,6.
Dirigido a deposição de energia (DED) é uma classe de fabricação aditiva e é um processo de pó soprado que fabrica tridimensional (3D) perto de partes sólidas do líquido forma de um arquivo CAD semelhante a outros métodos de AM. Em contraste com outras técnicas, DED não só pode ser usado como um método de fabricação, mas também pode ser utilizada como uma técnica de reparação de peças de alto valor. No processo de DED, material metálico de pó ou arame é alimentado por um gás portador ou motores dentro da piscina de derreter, que é gerado pelo laser de feixe em qualquer substrato ou anteriormente depositada camada. O processo DED é um processo de fabricação avançado promissor que é capaz de diminuir a proporção de compro-to-fly e também é capaz de reparar peças de alto valor que anteriormente eram proibitivamente caras substituir ou irreparáveis7.
Para alcançar o desejado dimensões geométricas e propriedades do material, é vital estabelecer parâmetros adequados de8. Vários estudos foram feitos para elucidar a relação entre os parâmetros de processo e as propriedades finais da amostra depositada. Peyre et al 9 construído algumas paredes finas com parâmetros de processo diferente e então caracterizada-os usando profilometry 2D e 3D. Eles mostraram que espessura de camada e volume da piscina derreter afetam os parâmetros de rugosidade visivelmente. O vim et al. 10 propôs um modelo para analisar a relação entre os parâmetros de processo e características geométricas de uma camada de revestimento único (altura folheada, folheado de largura e profundidade de penetração).
Até à data, vários estudos sobre DED de Ti ligas foram relatados, mais do que enfoca a influência da combinação de parâmetros nas propriedades de amostras maciça11,12,4. Rodrigues et al. estudou o efeito da taxa de fluxo de pó e velocidade de varredura sobre as propriedades resultantes da laser metal depositada liga Ti-6Al-4V. Eles acharam que, aumentando a velocidade de varredura e pó caudal a microestrutura mudou de Widmanstätten para uma microestrutura martensítica, que resulta em um incremento da rugosidade da superfície e a microdureza de espécimes depositados7. No entanto, menos atenção para projetar a definição de espessura de camada. Choi et al. têm investigado a correlação entre a espessura da camada e parâmetros do processo. Eles descobriram que as principais fontes de erro entre a altura do presente e a altura real são o pó vazão mássica taxa e camada de espessura configuração13. Seus estudos não implementou adequadamente definição de espessura de camada porque eles envolvidos processos longos e imprecisos na definição de espessura da camada. Ruan et al. investigaram o efeito da velocidade na altura de camada depositada em um poder constante do laser e pó alimentação taxa14de exploração do laser. Eles propuseram alguns modelos empíricos para definição de espessura de camada que foram obtidos em condições de processamento específico, e, portanto, a definição de espessura de camada pode não ser precisa devido a utilização de parâmetros de processo específico15. Em contraste com os trabalhos anteriores, a espessura da camada, definindo o processo proposto neste manuscrito é um método rápido, que pode ser realizado sem perder tempo e materiais.
O foco principal deste trabalho é desenvolver um método rápido para a determinação da espessura de camada, baseada nas características das faixas única da liga Ti-6Al-4V em parâmetros de processo DED ideais. Depois disso, os parâmetros de processo ideal são empregados para determinar a espessura da camada e fabricar blocos high-density de Ti-6Al-4V sem perder tempo e materiais.
Protocol
Representative Results
Discussion
Neste trabalho, o foco foi sobre a definição de espessura de corte no processo DED de Ti-6Al-4V, de acordo com a geometria das características de piscina de derreter. Para este efeito, um protocolo de duas etapas foi definido e utilizado. A primeira parte do protocolo era uma otimização dos parâmetros de processo para deposição de digitalização única e, durante esta etapa, os parâmetros ideais foram alcançados e as geometrias de piscina de derretimento foram medidas. Na segunda parte do protocolo, foi calcul…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores gostaria de reconhecer o projeto de pesquisa europeus pertencentes ao programa de pesquisa e inovação Horizonte 2020 Borealis – 3A classe energética máquina flexível para o novo aditivo e Subtractive fabricação na próxima geração do complexo 3D peças 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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