Produzione di singole tracce di Ti-6Al-4V per deposizione di energia diretta per determinare lo spessore di strato per deposizione multistrato
Summary
In questa ricerca, un metodo rapido basato sulla caratterizzazione di fusione piscina è sviluppato per stimare lo spessore dello strato di Ti-6Al-4V componenti prodotti da deposizione di energia diretta.
Abstract
Regia di deposizione di energia (DED), che è una tecnica di produzione additiva, comporta la creazione di un pool fuso con un fascio laser dove polvere metallica viene iniettata come particelle. In generale, questa tecnica è impiegata per fabbricare o riparare componenti diversi. In questa tecnica, le caratteristiche finali sono influenzate da molti fattori. Infatti, uno dei compiti principali nella costruzione di componenti di DED è l’ottimizzazione dei parametri di processo (ad esempio potenza laser, laser velocità, messa a fuoco, ecc.) che è effettuato solitamente attraverso un’estesa indagine sperimentale. Tuttavia, questo tipo di esperimento è estremamente lunghi e costosi. Così, al fine di accelerare il processo di ottimizzazione, un’indagine è stata condotta per sviluppare un metodo basato sulle caratterizzazioni di piscina si fondono. Infatti, in questi esperimenti, singole tracce di Ti-6Al-4V sono state depositate da un processo DED con molteplici combinazioni di potenza del laser e laser velocità. Morfologia e le dimensioni delle singole tracce sono stati analizzati e caratteristiche geometriche delle piscine di fusione sono state valutate dopo lucidatura e incisione le sezioni trasversali. Informazioni utili per quanto riguarda la selezione dei parametri di processo ottimale ottenibile esaminando le caratteristiche di fusione piscina. Questi esperimenti sono stati estesi per caratterizzare i blocchi più grandi con più livelli. Infatti, questo manoscritto descrive come sarebbe possibile determinare rapidamente lo spessore di strato per il deposito voluminoso ed evitare sopra o sotto-deposizione secondo la densità di energia calcolata dei parametri ottimali. Oltre alle sopra o sotto-deposizione, tempo e materiali di risparmio sono altri grandi vantaggi di questo approccio in cui la deposizione di componenti multistrati può essere avviata senza alcuna ottimizzazione parametro in termini di spessore dello strato.
Introduction
Ti-6Al-4V è il più comunemente usato industrie biomediche e lega di titanio in aerospaziale, aereo, automobilistico, a causa del suo alto rapporto resistenza-peso, eccellente tenacità, basso peso specifico, eccellente resistenza alla corrosione e calore trattabilità. Tuttavia, suoi ulteriori sviluppi in altre applicazioni sono difficili, grazie alla sua bassa conducibilità termica e le caratteristiche di elevata reattività, che provocare la sua scarsa lavorabilità. Inoltre, a causa del calore fenomeni di indurimento durante il taglio, trattamenti termici specifici devono essere intrapreso1,2,3,4.
Ciò nonostante, additivo (AM) tecnologie di produzione hanno mostrato grandi potenzialità per essere utilizzato come nuove tecniche di produzione che possono ridurre il consumo di energia e di prezzo e affrontare alcune delle sfide attuali nella fabbricazione della lega Ti-6Al-4V.
Tecniche di produzione additiva sono conosciuti come innovativo e possibile fabbricare una forma netta vicino componente in maniera strato dopo strato. Un approccio di produzione additiva strato dopo strato, che fette un modello di Computer Aided Design (CAD) in strati sottili e quindi crea il componente strato dopo strato, è fondamentale per tutti i metodi di AM. In generale, produzione additiva dei materiali metallici può essere diviso in quattro diversi processi: polvere letto, polvere feed (soffiata polvere), filo di alimentazione e altri percorsi3,5,6.
Diretto energia deposizione (DED) è una classe di produzione additiva ed è un processo di polvere soffiato che fabbrica tridimensionale (3D) vicino a parti solide di net-shape da un file CAD simile ad altri metodi di AM. In contrasto con altre tecniche, DED può essere utilizzato non solo come un metodo di fabbricazione, ma può essere impiegato anche come una tecnica di riparazione per le parti di alto valore. Nel processo di DED, materiale in polvere o filo metallico è alimentato da un gas di trasporto o motori in piscina della fusione, che viene generato dal laser del fascio su entrambi il substrato o precedentemente depositano strato. Il processo DED è un promettente processo di fabbricazione avanzata che è in grado di diminuire il rapporto di acquistare al volo ed è anche in grado di riparare parti di alto valore che in precedenza erano proibitivamente costosi da sostituire o irreparabile7.
Per ottenere la desiderata dimensioni geometriche e proprietà del materiale, è fondamentale per stabilire i parametri appropriati8. Parecchi studi sono stati intrapresi per chiarire la relazione tra i parametri di processo e le proprietà finali del campione depositato. Peyre et al. 9 costruito alcune pareti sottili con parametri di processo differenti e quindi li caratterizzati utilizzando profilometria 2D e 3D. Hanno mostrato che lo spessore di strato e volume della piscina si fondono sui parametri di rugosità notevolmente. Vim et al. 10 ha proposto un modello al fine di analizzare la relazione tra i parametri di processo e le caratteristiche geometriche di un strato di rivestimento singolo (altezza rivestito, rivestito di larghezza e profondità di penetrazione).
Ad oggi, diversi studi su DED di Ti leghe sono stati segnalati, più dei quali incentrato sull’influenza della combinazione di parametri sulle proprietà dell’enorme campioni11,12,,4. D’atteo et al. ha studiato l’effetto della scansione velocità e polvere portata sulle proprietà risultante della laser metallo depositata lega Ti-6Al-4V. Hanno trovato che aumentando la velocità di scansione e polvere portata la microstruttura è cambiato da Widmanstätten a una microstruttura martensitica, che si traduce in un incremento della rugosità superficiale e la microdurezza dei campioni depositati7. Tuttavia, meno attenzione è stata pagata a progettare l’impostazione dello spessore di strato. Choi et al. hanno studiato la correlazione tra i parametri di processo e spessore dello strato. Hanno trovato che le principali fonti di errore tra l’altezza attuale e l’altezza effettiva sono il flusso di massa di polvere tasso e strato spessore impostazione13. Loro studi non implementano correttamente l’impostazione dello spessore di strato perché essi coinvolti processi lunghi e imprecisi nell’impostazione dello spessore di strato. Ruan et al. hanno studiato l’effetto della velocità sull’altezza di strato depositato presso una potenza costante laser e polvere di tasso14di scansione laser. Essi hanno proposto alcuni modelli empirici per impostazione di spessore di strato che sono stati ottenuti in condizioni di elaborazione specifica, e quindi l’impostazione di spessore di strato può non essere preciso dovuti all’utilizzo di parametri di processo specifico15. A differenza di precedenti lavori, lo spessore di strato impostazione processo proposto in questo manoscritto è un metodo rapido che può essere eseguito senza sprecare tempo e materiali.
L’obiettivo principale di questo lavoro è quello di sviluppare un metodo rapido per la determinazione dello spessore di strato sulla base delle caratteristiche delle singole tracce della lega Ti-6Al-4V a parametri di processo ottimali DED. Da allora in poi, i parametri di processo ottimali sono impiegati per determinare uno spessore dello strato e fabbricare ad alta densità Ti-6Al-4V blocchi senza perdere tempo e materiali.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo lavoro, il fuoco era l’impostazione di spessore affettare nel processo di DED di Ti-6Al-4V, secondo la geometria delle caratteristiche piscina si fondono. Per questo scopo, un protocollo in due fasi è stato definito e utilizzato. La prima parte del protocollo era un’ottimizzazione dei parametri di processo per la deposizione di singola scansione e, durante questa fase, sono stati raggiunti i parametri ottimali e le geometrie di piscina di fusione sono state misurate. Nella seconda parte del protocollo, è stat…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori si desidera ringraziare il progetto di ricerca europeo appartiene al programma di ricerca e innovazione Orizzonte 2020 Borealis – classe 3A macchina flessibile per il nuovo additivo e sottrattivo di produzione sulla prossima generazione di complessi 3D parti metalliche
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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