Производство одного трека Ti-6Al-4V осаждением направленной энергии для определения толщины слоя многослойных осаждения
Summary
В этом исследовании быстрый метод, основанный на расплава бассейн характеристика разрабатывается для оценки толщина слоя Ti-6Al-4V компоненты, произведенные направленной энергии осаждения.
Abstract
Направленной энергии осаждения (DED), которая представляет собой метод аддитивного производства, предполагает создание сварочной ванне с лазерным лучом где металлический порошок вводится как частицы. В общем этот метод используется для изготовления или ремонта различных компонентов. В этой технике окончательные характеристики зависят от многих факторов. Действительно одна из главных задач в создании компонентов, дед является оптимизация параметров процесса (например, мощность лазера лазерная скорость, фокус, и т.д.), который обычно осуществляется через обширное экспериментальное исследование. Однако такого рода эксперимента является чрезвычайно длительным и дорогостоящим. Таким образом чтобы ускорить процесс оптимизации, разработать метод, основанный на характеристики расплава бассейн было проведено расследование. В самом деле в этих экспериментах, одного трека Ti-6Al-4V были сданы на хранение дед процесса с несколькими комбинации мощности лазера и скорость лазерной. Были проанализированы поверхности морфологии и размеры отдельных дорожек, и геометрические характеристики расплава бассейны были оценены после полировки и травления сечений. Полезную информацию относительно выбора оптимальных технологических параметров может быть достигнуто путем изучения особенностей бассейна расплава. Эти эксперименты расширяются характеризовать большие блоки с несколькими слоями. Действительно эта рукопись описывает, как его можно быстро определить толщину слоя для массовых осаждений и избегать чрезмерной или недостаточной осаждения согласно вычисляемых плотность энергии оптимальных параметров. Помимо более или недостаточного осаждения время и материалы экономии являются другие большие преимущества этого подхода, в котором осаждения многослойных компонентов может быть запущен без параметров оптимизации с точки зрения толщины слоя.
Introduction
Ti-6Al-4V является наиболее широко используемым сплава Ti в аэрокосмической, самолеты, автомобили и биомедицинской промышленности из-за его высокое отношение прочности к весу, отличные трещиностойкость, низкий удельный вес, отличную коррозионную стойкость и тепла излечения. Однако его дальнейшее развитие событий в других приложениях являются сложными, благодаря своей низкой теплопроводностью и высокой реактивности функции, которые приводят к его плохой обрабатываемостью. Кроме того из-за жары, упрочнения явлений во время резки, теплоемкость лечение должно быть предприняты1,2,3,4.
Тем не менее Аддитивные производства (AM) технологии показали большой потенциал для использования в качестве новых методов производства, которые могут уменьшить стоимость и потребление энергии и решить некоторые из нынешних проблем в изготовление сплава Ti-6Al-4V.
Аддитивного производства методы известны как инновационные и может изготовить вблизи чистой форме компонент в моде слой за слоем. Слой за слоем аддитивного производства подход, который ломтиками компьютер автоматизированного проектирования (CAD) модель в тонких слоях и затем строит компонент слой за слоем, имеет основополагающее значение для всех методов AM. В общем, аддитивного производства металлических материалов можно разделить на четыре различных процессов: порошок кровать, порошок, корма (ветром порошок), подачи проволоки и другие маршруты3,5,6.
Направленной энергии осаждения (DED) является классом аддитивного производства и ветром порошок процесс, который использует трехмерные (3D) вблизи чистой форме твердых частей из файла CAD похож на другие методы AM. В отличие от других методов дед может использоваться не только как метод производства, но также могут быть использованы как ремонт техники для высокой стоимости деталей. В процессе дед металлический порошок или проволока материал подается газ-носитель или двигатели в пул расплава, который генерируется лазерного луча на либо субстрат или ранее на хранение слоя. DED процесс является перспективным передовых производственный процесс, который способен снижения коэффициента купить к лету, а также способен ремонт высокое значение частей, которые ранее были слишком дорогими заменить или непоправимого7.
Для достижения желаемого геометрические размеры и свойства материала, жизненно важно создать соответствующие параметры8. Был предпринят ряд исследований для прояснения взаимосвязи между окончательный свойства наплавленного образца и параметры процесса. Peyre и др. 9 построен некоторые тонкие стены с различных технологических параметров, а затем охарактеризовал их с помощью 2D и 3D profilometry. Они показали, что толщина слоя и расплава бассейн объемом влияют на параметры шероховатости заметно. Vim и др. 10 предложена модель для того, чтобы проанализировать связь между параметрами процесса и геометрические характеристики одной облицовки слоя (плакированные высоты, одетый ширина и глубина проникновения).
На сегодняшний день, несколько исследований на дед Ti сплавов поступало, Последнее из которых сосредоточены на влияние комбинация параметров на свойства массивных образцы11,12,4. Rasheedat и др. Изучено влияние проверки скорости и порошок скорость потока на результате свойства лазера на хранение Ti-6Al-4V сплава. Они обнаружили, что, увеличивая скорость сканирования и порошок скорость потока микроструктуры изменено с Widmanstätten на мартенситные микроструктуры, что приводит к приращение шероховатости поверхности и микротвердость депонированных образцов7. Тем не менее меньше внимания было уделено разработке параметра Толщина слоя. Чой и др. исследовали корреляции между толщина слоя и параметры процесса. Они обнаружил, что основными источниками ошибок между нынешней высоты и фактическая высота порошок массы потока скорость и слой толщиной установка13. Их исследования не осуществлять должным образом параметр толщина слоя потому, что они связаны с длительным и неточные процессы в параметре толщины слоя. Ruan и др. исследовали эффект лазерного сканирования скорость на высоту наплавленного слоя в мощности постоянного лазера и порошок, кормления ставка14. Они предложили некоторые эмпирические модели для параметра Толщина слоя, которые были получены при обработке конкретных условиях, и таким образом параметр толщина слоя не может быть точным из-за использования конкретного процесса параметры15. В отличие от предыдущих работ толщина слоя, Настройка процесса, предложенного в этой рукописи является быстрый метод, который может выполняться без лишних затрат времени и материалов.
Основное внимание этой работы заключается в разработке быстрый метод для определения толщины слоя, основанный на характеристиках отдельных дорожек сплава Ti-6Al-4V на оптимальные параметры процесса DED. После этого оптимального процесса параметры используются для определения толщины слоя и изготовить высокой плотности Ti-6Al-4V блоков без тратить время и материалы.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этой работе основное внимание уделялось параметра Толщина нарезки в процессе дед Ti-6Al-4V, согласно геометрические характеристики расплава пула. Для этой цели был определен и использовать двухэтапный протокол. Первая часть протокола была оптимизация параметров процесса осаждения одн?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы признать Европейский исследовательский проект, принадлежащие Horizon 2020 программы исследований и инноваций Borealis – 3А класс энергии гибкая машина для новых добавка и субтрактивный производства на следующее поколение сложных 3D металлические детали
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 |
Riferimenti
- 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).
