Ti-6Al-4V tabakası kalınlığı çok katmanlı ifade vermek için gitmek belirlemek için yönlendirilmiş enerji birikimi tarafından tek parça imalatı
Summary
Bu araştırmada, hızlı bir yöntem eritebilir havuzu karakterizasyonu dayalı yönlendirilmiş enerji birikimi tarafından üretilen Ti-6Al-4V bileşenleri katman kalınlığı tahmin etmek için geliştirilmiştir.
Abstract
Yönetmen enerji birikimi (DED), bir katkı imalat tekniği olan nerede metal toz parçacıkları enjekte edilir bir lazer ışını erimiş havuzuyla oluşturulmasını içerir. Genel olarak, bu teknik imal veya farklı bileşenlerini onar için istihdam edilmektedir. Bu teknikte, son özellikleri birçok faktör tarafından etkilenir. Nitekim, bileşenleri tarafından DED binada ana görevleri genellikle kapsamlı bir deneysel soruşturma yürütülen işlem parametreleri (örneğin, lazer güç lazer, odak, hız vb) getirilmesi olduğunu. Ancak, bu çeşit deney son derece uzun ve pahalı. Böylece, en iyi duruma getirme işlemini hızlandırmak için soruşturma eritebilir havuzu karakterizasyonu dayalı bir yöntem geliştirmek için yapılmıştır. Aslında, bu deneylerin lazer güç ve lazer hız Çoklu kombinasyonları ile DED işlem tarafından Ti-6Al-4V tek parça yatırılır. Yüzey morfolojisi ve tek parça boyutlarında analiz edildi ve erime havuzları geometrik özellikleri parlatma ve Matlaştırma kesit sonra değerlendirildi. En iyi işlem parametrelerinin seçimi ile ilgili bilgi yararlı eritebilir havuzu özelliklerini inceleyerek elde edilebilir. Bu deneyler büyük bloklar birden çok katman ile karakterize etmek için genişletilmiş. Nitekim, bu el yazması ne kadar hızlı bir şekilde büyük biriktirme katman kalınlığını belirlemek mümkün olacağını ve üzerinden önlemek veya altında birikimi optimum parametreleri göre hesaplanan enerji yoğunluğu açıklar. Fazla veya eksik ifade dışında zaman ve malzeme tasarrufu bu yaklaşım içinde çok katmanlı bileşenleri birikimi olmadan herhangi bir parametre optimizasyon açısından kalınlığı başlatılabilir diğer büyük avantajı vardır.
Introduction
En sık Havacılık, uçak, otomotiv, Ti alaşımlı ve Biyomedikal sanayi, yüksek güç-ağırlık oranı, mükemmel kırık tokluk, düşük özgül ağırlık, mükemmel korozyon direnci ve ısı nedeniyle kullanılan ti-6Al-4V olduğunu arıtılabilirlik. Ancak, onun gelişme diğer uygulamalarda zorlu, düşük ısı iletkenlik ve yüksek reaktivite özellikler sayesinde, hangi içinde onun zavallı makine performansı neden. Ayrıca, kesim sırasında olayları sertleştirme ısı nedeniyle üstlenmiş1,2,3,4özel ısıl olmalı.
Yine de, katkı (AM) teknolojileri üretim fiyat ve enerji tüketimini azaltmak ve bazı Ti-6Al-4V alaşım imalat mevcut sorunları adresi yeni üretim teknikleri olarak kullanılmak üzere büyük potansiyel gösterdi.
Katkı üretim teknikleri yenilikçi olarak bilinir ve çevre net şekle imal bir katman katman moda bileşen. Bilgisayar destekli tasarım (CAD) modeli ince tabakalar dilimler ve daha sonra bileşen katman katman oluşturur, bir katman katman katkı üretim yaklaşımı tüm AM yöntemleri için esastır. Genel olarak, dört farklı işlemleri halinde katkı metalik malzemeleri imalatı ayrılabilir: toz yatak, toz (şişmiş toz) yem, yem tel ve diğer yolları3,5,6.
Enerji birikimi (DED) katkı imalat sınıfıdır ve üç boyutlu (3D) fabricates bir gaz toz süreç net şekli sağlam parçalar diğer AM yöntemlerine benzer bir CAD dosyasından yakınındaki yönetti. Diğer teknikleri, aksine DED yalnızca bir üretim yöntemi olarak kullanılabilir değil ama aynı zamanda yüksek değer parçalar için bir tamir teknik olarak istihdam edilebilir. DED işleminde Metalik toz veya tel malzeme taşıyıcı gaz tarafından beslenir veya lazer tarafından oluşturulur erime havuza motorlar ikisinden biri üstünde belgili tanımlık substrate ışınla veya daha önce katmanı yatırılır. Satın fly oranı azalan yeteneğine sahiptir ve aynı zamanda daha önce yerine prohibitively pahalıydı değeri yüksek parçalar veya onarılamaz7onarma yeteneğine sahiptir umut verici bir gelişmiş üretim süreci DED işlemidir.
İstenen geometrik boyutları ve malzeme özelliklerini elde etmek için uygun parametrelerle8kurmak için hayati önem taşımaktadır. Çeşitli çalışmalarda işlem parametrelerini ve yatırılan örnek son özellikleri arasındaki ilişkiyi aydınlatmak üstlenmiştir. Peyre vd. 9 farklı işlem parametreleri ile bazı ince duvarlar inşa ve sonra onları 2D ve 3D profilometrisi kullanarak ile karakterizedir. Gösterdiler tabakası kalınlığı ve erime havuzu birim pürüzlülük parametreleri belirgin şekilde etkiler. Vim ve ark. 10 işlem parametreler ve bir tek kaplama katmanı (kaplı yükseklik, kaplı genişlik ve derinlik penetrasyon) geometrik özellikleri arasındaki ilişkiyi analiz için bir model önerdi.
Bugüne kadar birçok araştırma TI DED alaşımları bildirilmiştir, en bunların parametrelerinin birleşiminin etkisi büyük örnekleri11,12,4özellikleri üzerinde duruldu. Rasheedat ve ark. Lazer metal yatırılan Ti-6Al-4V alaşım elde edilen özelliklerini inceden inceye gözden geçirmek hız ve toz debisi etkisi okudu. Toz ve tarama hızını artırarak akış hızı mikroyapıda Widmanstätten yüzey pürüzlülüğü bir artışı ve yatırılan numuneler7Mikrosertlik sonuçları bir martensitik Mikroyapı değiştirildi olduğunu buldular. Yine de, daha az dikkat katman kalınlığı ayarını tasarımı için ödendi. Choi ve ark. Katman kalınlığı ve işlem parametreleri arasındaki ilişkiyi araştırdı. Onlar hata mevcut yüksekliği ile gerçek yüksekliği arasındaki ana kaynakları toz kitle akış oranı ve katman kalınlığı13ayarlama olduğunu bulmuşlardır. Katman kalınlığı ortamda uzun ve hatalı işlemleri dahil, kendi çalışmaları katman kalınlığı ayarını uygulamak değil düzgün. Ruan ve ark. Lazer tarama hızı sabit lazer güç ve toz oranı14besleme yatırılan katman yüksekliği üzerinde etkisini araştırdı. Belirli işleme koşulları altında elde edilmiştir katman kalınlığı ayarı için ampirik bazı modelleri teklif etmiş ve böylece katman kalınlığı ayarını belirli işlem parametreleri15kullanımı nedeniyle kesin olmayabilir. Önceki işleri aksine, bu el yazması önerilen işlemi ayarlama katmanı kalınlığı zaman ve malzeme kaybetmeden gerçekleştirilebilecek hızlı bir yöntemdir.
Bu çalışmanın ana odak optimum DED işlem parametreleri, Ti-6Al-4V alaşım tek parça özelliklerine dayanarak kalınlığı belirlenmesi için hızlı bir yöntem geliştirmektir. Bundan sonra en uygun işlem parametreleri bir katman kalınlığı belirlemek ve yüksek yoğunluklu Ti-6Al-4V blok israf zaman ve malzeme olmadan imal için istihdam edilmektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, odak Dilimleme kalınlık ayarı Ti-6Al-4V, DED süreçte eritebilir havuzu özellikleri geometri göre oldu. Bu amaçla, bir iki adım protokol tanımlanan ve kullanılan. Bir optimizasyon tek tarama ifade için süreç parametrelerinin Protokolü’nün ilk parçasıydı ve, bu adımda optimum parametreleri elde edildi ve erime havuzu geometrileri ölçüldü. Protokolü’nün ikinci bölümünde optimum parametreleri, örneklerin belirli enerji yoğunluğu hesaplanır. Bu adımda, erime havuzu yüksekli?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar için Horizon 2020 araştırma ve yenilik program Borealis – karmaşık 3D nesil 3A enerji sınıfı yeni katkı ve Eksiltici üretim için esnek makine Avrupa araştırma projesi kabul etmek istiyorum metal parçalar
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
- 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).
