Name: Producción de pistas individuales de Ti-6Al-4V por deposición de energía dirigida a determinar el espesor de la capa de deposición multicapa (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 12 s
Description: Aprende a optimizar la deposición de energía dirigida en Ti-6Al-4V mediante la caracterización del pool de fusión. Este método permite estimar el espesor de capa y reducir desperdicios en la fabricación aditiva de piezas metálicas grandes.

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Los autores desean reconocer el proyecto de investigación europeo pertenecientes al horizonte 2020 en investigación e innovación programa Borealis - la clase de energía 3A máquina Flexible para el nuevo aditivo y sustractivo de fabricación en la nueva generación de 3D complejas piezas de metal

1. Caracterización de polvo
<ol><li>Ponga 3 g de polvos de Ti-6Al-4V a partir de una cinta de doble cara adhesiva carbono, que se encuentra en un trozo de aluminio pin e inserte dentro de la cámara de muestra de un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FESEM) para analizar la morfología del polvo16.</li>
	<li>Medir la densidad aparente del polvo llenando un recipiente de 30 cm3 y medir el peso de polvo según la norma ASTM-B212.</li>
	<li>Realizar análisis químicos de arranque (5-10 g), utiliza polvo (5-10 g) y depositados block (20 g) por medio del elemental (p. ej., Leco) e inductivamente acoplado plasma (ICP) analizador17.</li>
</ol>2. dirigida deposición de energía de pistas individuales
<ol><li>
Carga de polvo
	<ol>
<li>Use equipo de protección personal, incluyendo una máscara respiratoria FFP3 conforme a los requisitos de EN 149, guantes de nitrilo desechables sin polvo y gafas protectoras de plástico.</li>
		<li>Abra la tolva del polvo del sistema de alimentación y utilice un ventilador extractor (por ejemplo, ATEX) para eliminar el polvo residual.</li>
		<li>Retire la tolva siguiendo las instrucciones adecuadas dadas por el constructor y limpie todos los componentes mediante el uso de toallas de papel impregnado de etanol. Nota: Este paso es fundamental para evitar la contaminación por diferentes tipos de polvos de metal.</li>
		<li>Vuelva a montar el polvo de la tolva de alimentación siguiendo las instrucciones dadas por el constructor. Dejar a un lado la tapa de la tolva para la carga del polvo.</li>
		<li>Cargar la tolva con polvos de Ti-6Al-4V con granulometría en el rango de 50-150 μm. dependiendo del tamaño de la tolva disponible, llenar completamente.</li>
		<li>Cierre la tapa de la tolva muy bien para evitar cualquier fuga de gas.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparación de la muestra
	<ol>
<li>Toma una hoja de Ti-6Al-4V con dimensiones de 50 x 50 mm y 4 mm de espesor.</li>
		<li>Limpie la superficie de la hoja de titanio con toallas de papel impregnado de etanol. Medir el peso de la hoja con un equilibrio centesimal.</li>
		<li>Coloque la hoja en la zona de trabajo según la posición del marcador. El área de trabajo es donde la deposición llevará a cabo, por lo que se determina según la trayectoria programada del robot.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparación de la preparación de los equipos de deposición y Robot
	<ol>
<li>Montar la boquilla en la cabeza del laser para que el ángulo entre el eje de la boquilla y el eje del laser es de 35°.</li>
		<li>Mover el robot para el punto de partida para realizar la calibración.</li>
		<li>Compruebe la distancia entre la boquilla y el plano de trabajo y, si es necesario, corregir manualmente la posición de la boquilla hasta que la distancia medida es de 5 mm. Nota: Puesto que el área de trabajo se pone en un plano horizontal, esta distancia es la distancia vertical entre la chapa y la punta de la boquilla.</li>
		<li>Comprobar el centrado de la salida de la boquilla con el láser: en primer lugar, encienda la guía láser haciendo clic en el comando de "Láser guía ON" en el software para el control del láser. Luego, poner una varilla delgada, mide 0,8 mm de diámetro y 200 mm de longitud, dentro de la boquilla. Verificar que la punta de la varilla y el punto de la guía de láser son coincidentes. Si no, ajustar manualmente la posición de la boquilla, respetando las distancias y los ángulos previamente indicados. Nota: en este caso, el diámetro exterior de la boquilla es de 1 mm; Si se emplea una boquilla con un diámetro más pequeño, utilice una barra cuyo diámetro es más pequeño que el de la boquilla.</li>
		<li>Verificar los datos de calibración en el software de control de robot: haga clic en el botón "Aplicar" en el software y esperar a que la compilación del código. Nota: El software se detectan errores en el código; Si no se detecta ningún error, el código se almacena en el controlador de robot. Si se detectan errores, no se compila el código, y además se necesitará la revisión.</li>
		<li>Habilitar el módulo de fuente de laser haciendo clic en el comando "Enable de láser" en el software de control de láser. Nota: La fuente del láser empleado es un láser de fibra continua emitiendo en la región infrarroja (1064 nanómetro) con 5 kW de potencia máxima.</li>
		<li>Permitir que los motores del robot presionando manualmente el botón de "Motores de Robot en" en el gabinete de control del robot y compruebe que se enciende el LED relacionados con la seguridad: Si, esto significa que los motores se activan.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Iniciar el proceso de deposición
	<ol>
<li>Seleccione el archivo apropiado en la lista de programas existentes y cargar la ruta de trabajo en la rutina principal del robot.</li>
		<li>Comprobar los parámetros del láser y el robot: ajustar la potencia del láser a la potencia del láser específico (325 650, 980, 1500 W) y la velocidad del robot a una velocidad dada (30, 40, 50, 60 mm/s). Nota: Estos parámetros se escriben en el software de control del robot, según el lenguaje específico de la máquina.</li>
		<li>Confirmar los nuevos parámetros pulsando el botón "Aplicar" en el software y espere a que la compilación del código. El software comprobará errores en el código; Si no se detecta ningún error, el código se almacena en el controlador del robot y está listo para ser lanzado. Presionando el botón "Inicio" en el software de control de robot para iniciar la rutina de robot.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Recoger la muestra mediante el uso de la pinza especial y limpiar la superficie de la muestra con una toalla de papel empapada en etanol para quitar cualquier polvo residual.</li>
</ol>3. analizar las pistas individuales
<ol><li>Analizar los temas solo de la parte superior por un estéreo microscopio con aumentos de 5. Nota: En esta etapa, algunas imágenes son tomadas por medio de un microscopio estéreo y analizadas visualmente.</li>
	<li>Corte las pistas solo desde la mitad de las pistas depositadas perpendicular a la dirección de deposición mediante una herramienta de corte preciso.</li>
	<li>Montar la sección de pistas individuales en resina de epoxy. Elegir una copa de montaje y coloque al espécimen seco y limpio en ella. Medir cuidadosamente la cantidad correcta de resina en peso (10 g/muestra) y luego mezclar con un endurecedor líquido (6 g/muestra). Vierta la mezcla de resina sobre la muestra y dejar las copas de montaje lleno a curar durante 30 min a temperatura ambiente. Después de eso, moler a las muestras montadas con 500, 800 y 1.200 papel de SiC de tamaño de grano y luego pula utilizando pasta de diamante hasta los más finos tamaños de partículas de diamante (1 μm).</li>
	<li>Analizar las superficies pulidas en términos de forma y porosidad por medio de un microscopio óptico. Adquirir las imágenes de fusión en piscinas con el microscopio óptico con aumentos de 10 y luego analizarlas usando el software Image-J.</li>
	<li>Mida la altura de las piscinas de derretimiento midiendo la distancia entre la parte superior e inferior de la piscina del derretimiento. Luego, trazar la altura de las piscinas de derretimiento en función de la densidad de energía específica, que se calcula según la ecuación correspondiente. De hecho, la densidad de energía puede calcularse por la siguiente ecuación: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56966/56966eq1.jpg">
</li>
	<li>Ajustar un polinomio de orden 2nd los resultados experimentales para obtener la ecuación correspondiente al espesor de capa en función de la densidad de energía específica.</li>
	<li>Considerar una densidad de energía específica y calcular el espesor de la capa según su relación, que se observó en el paso anterior.</li>
	<li>Para verificar el método de fabricar un bloque multicapa teniendo en cuenta el espesor de la capa calculado y luego caracterizar la sección de bloques en cuanto a porosidad y altura final.</li>
	<li>Análisis de la microestructura del bloque fabricado después de pulido de un paso en el mismo procedimiento que el apartado 3.3. De hecho, después de pulido final, grabar las muestras por 30 s con el reactivo de Kroll, que contiene 92 mL de agua destilada, 6 mL de ácido nítrico y ácido fluorhídrico de 2 mL.</li>
</ol>

<ol><li>Banerjee, D., Williams, J. C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645412007902">Perspectives on Titanium Science and Technology.</a> Acta Mater. 61 (3), 844-879 (2013).</li>
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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

En este trabajo, el foco estaba en el ajuste grueso corte en el proceso DED de Ti-6Al-4V, según la geometría del derretimiento características de piscina. Para ello, un protocolo de dos etapas fue definido y utilizado. La primera parte del protocolo era una optimización de los parámetros del proceso para la deposición de exploración individual y, durante este paso, se alcanzaron los parámetros óptimos y las geometrías de la piscina de fusión fueron medidas. En la segunda parte del Protocolo, se calculó la densidad de ene...

Ti-6Al-4V es el más comúnmente utilizado aleación de Ti en el avión aeroespacial, automotriz y las industrias biomédicas debido a su alto cociente del fuerza-a-peso, resistencia a la fractura excelente, gravedad específica baja, resistencia a la corrosión y calor tratabilidad. Sin embargo, su evolución en otras aplicaciones es difíciles, debido a su baja conductividad térmica y características de alta reactividad, que resultan en su manufacturabilidad pobre. Por otra parte, debido al calor fenómenos de endurecimiento durante el corte, un tratamiento de calor específico debe ser realizado1,2,3,4.
Sin embargo, (mañana) tecnologías de fabricación aditiva demostró gran potencial para ser utilizado como nuevas técnicas de fabricación que pueden reducir el consumo de energía y precio y abordar algunos de los retos actuales en la fabricación de la aleación Ti-6Al-4V.
Técnicas de fabricación aditiva se conocen como innovador y puede fabricar una forma neta cerca componente en forma de capa por capa. Un enfoque de fabricación aditiva capa por capa, que rebanadas de un modelo de diseño asistido por computadora (CAD) en capas delgadas y luego construye el componente capa por capa, es fundamental para todos los métodos de AM. En general, fabricación aditiva de materiales metálicos se puede dividir en cuatro procesos diferentes: polvo de cama, polvo (polvo soplado) de alimentación, cable de alimentación y otras rutas3,5,6.
Dirigida energía deposición (DED) es una clase de fabricación aditiva y es un proceso de soplado en polvo que fabrica tridimensional (3D) cerca de partes sólidas en forma neta desde un archivo CAD similar a otros métodos de AM. A diferencia de otras técnicas, DED no sólo se puede utilizar como un método de fabricación, pero también puede ser empleado como una técnica de reparación de piezas de alto valor. En el proceso DED, material en polvo o alambre metálico es alimentado por un gas portador o motores en la piscina del derretimiento, generado por el láser de la viga ya sea el sustrato o depositaron previamente la capa. El proceso DED es un prometedor proceso de fabricación avanzada que es capaz de disminuir la proporción de compra para volar y también es capaz de reparar piezas de alto valor que anteriormente eran prohibitivamente caras reemplazar o irreparable7.
Para lograr la deseada dimensiones geométricas y propiedades de los materiales, es fundamental establecer parámetros adecuados8. Se han realizado varios estudios para aclarar la relación entre los parámetros del proceso y las propiedades finales de la muestra depositada. Peyre et al. 9 había construido algunas paredes delgadas con diferentes parámetros y luego había caracterizado mediante el uso de perfilometría 2D y 3D. Demostraron que el grueso de capa y volumen de la piscina del derretimiento afectan los parámetros de rugosidad perceptiblemente. VIM et al. 10 propuso un modelo para analizar a la relación entre los parámetros de proceso y características geométricas de una capa de revestimiento único (altura revestido, revestido de la anchura y profundidad de penetración).
Hasta la fecha, varios estudios sobre DED de Ti aleaciones se han divulgado, más que centrado en la influencia de la combinación de parámetros en las propiedades de las muestras masivas11,12,4. Rasheedat et al. estudió el efecto de escaneo polvo y velocidad de flujo en las propiedades resultantes de la laser metal depositada aleación Ti-6Al-4V. Encontraron que al aumentar la velocidad de escaneo y polvo caudal la microestructura cambiado de Widmanstätten a una microestructura martensítica, que resulta en un incremento de la rugosidad de la superficie y la microdureza de especímenes depositados7. Sin embargo, se ha prestado menos atención al diseño de la configuración del grueso de capa. Choi et al. investigaron la correlación entre el espesor de la capa y los parámetros del proceso. Han encontrado que las principales fuentes de error entre la altura actual y la altura real son el polvo de flujo másico tasa y capa ajustando un grosor de13. Sus estudios lo hizo implementar correctamente ajuste de espesor de capa porque participan procesos largos e inexactos en el ajuste de espesor de capa. Ruan et al. han investigado el efecto de la velocidad en la altura de la capa depositada en una energía constante y polvo alimentación tasa14de escaneo láser. Han propuesto algunos modelos empíricos de ajuste de espesor de capa obtenidos bajo condiciones de proceso específicas, y así el ajuste de espesor de capa no puede ser exacto debido a la utilización de parámetros de proceso específico15. A diferencia de trabajos anteriores, el grueso de la capa proceso propuesto en este manuscrito es un método rápido que se puede realizar sin pérdida de tiempo y materiales.
El objetivo principal de este trabajo es desarrollar un método rápido para la determinación del espesor de la capa basándose en las características de las pistas individuales de la aleación Ti-6Al-4V en parámetros óptimos del proceso de DED. Después de eso, los parámetros de proceso óptima se emplean para determinar el espesor de una capa y fabricar bloques de Ti-6Al-4V alta densidad sin perder tiempo y materiales.

<table><tbody><tr><td>Ti-6Al-4V polvo</td><td>Xi' Nuevo material de Tianrui</td><td>Como material de partida</td>Cortador de precisión ISOMET Bohler Para cortar las muestras Máquina pulidora Presi Para pulir las muestras Resina EpoFix Presi Para montar las muestras Pasta de diamante Presi Para pulir Microscopio óptico Leica <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>Observación microestructural</td></tr><tr><td>Microscopio electrónico de barrido por emisión de campo</td><td>Merlin-Zeiss</td><td></td><td>Observación microestructural</td></tr><tr><td>Microscopio estereoscópico</td><td>ANALIZADOR Leica</td><td></td><td></td></tr><tr><td>LEC1- CS444</td><td>IncoTest</td><td></td><td>Análisis químico</td></tr><tr><td>LEC3 - ELTRA ANALIZADOR OHN2000</td><td>IncoTest</td><td></td><td>Análisis químico</td></tr><tr><td>LEC2 - LECO TC436AR ANALIZADOR</td><td>IncoTest</td><td></td><td>Análisis químico</td></tr><tr><td>ICP</td><td>IncoTest</td><td></td><td>Análisis químico</td></tr><tr><td>IRB 4600</td><td>ABB</td><td></td><td>Robot antropomórfico</td></tr><tr><td>GTV PF</td><td>GTV</td><td></td><td>Sistema de alimentación de polvo</td></tr><tr><td>YW 52</td><td>Precitec</td><td></td><td>Boquillas de cabezal láser</td></tr><tr><td></td><td>IRIS</td><td></td><td>Boquilla para alimentación de polvos</td></tr><tr><td>YLS 3000</td><td>IPG Fotónica</td><td></td><td>Fuente láser</td></tr></tbody></table>

producción de pistas individuales de ti-6al-4v por deposición de energía dirigida a determinar el espesor de la capa de deposición multicapa

Production of Single Tracks of Ti-6Al-4V by Directed Energy Deposition to Determine the Layer Thickness for Multilayer Deposition

Dirigida energía deposición (DED), que es una técnica de fabricación aditiva, implica la creación de un charco con un rayo laser en metal en polvo se inyecta como partículas. En general, esta técnica se emplea para fabricar o reparar componentes diferentes. En esta técnica, las características finales son afectadas por muchos factores. De hecho, una de las principales tareas en la construcción de componentes por DED es la optimización de los parámetros (como la energía del laser, laser velocidad, enfoque, etc.) que generalmente se lleva a cabo a través de una extensa investigación experimental. Sin embargo, este tipo de experimento es extremadamente largo y costoso. Así, con el fin de acelerar el proceso de optimización, se realizó una investigación para desarrollar un método basado en las caracterizaciones de la piscina de fusión. De hecho, en estos experimentos, solo huellas de Ti-6Al-4V fueron depositados por un proceso DED con múltiples combinaciones de energía del laser y laser velocidad. Morfología superficial y las dimensiones de pistas individuales se analizaron, y características geométricas de las piscinas de derretimiento se evaluaron después de pulido y grabado de los cortes transversales. Información útil sobre la selección de parámetros de proceso óptima se logra mediante el examen de las características de la piscina de fusión. Estos experimentos están ampliándose para caracterizar los bloques más grandes con múltiples capas. De hecho, este manuscrito describe cómo sería posible determinar rápidamente el espesor de la capa de deposición masiva y evitar la sobre o debajo-deposición según la densidad de energía calculada de los parámetros óptimos. Aparte de la sobre o debajo del depósito, tiempo y ahorro de materiales son las otras grandes ventajas de este enfoque en el que se puede iniciar la deposición de componentes múltiples capas sin ninguna optimización de parámetro en cuanto a espesor de la capa.

Para los estudios experimentales, polvo de Ti-6Al-4V irregular con un tamaño promedio de 50-150 μm y la aparente densidad de 1,85 g/cm3 fue empleado como depósito de material (figura 1). El análisis químico del polvo confirmó que el contenido de oxígeno y nitrógeno del polvo no cambió antes y después del proceso de deposición, mientras que en ambos casos el contenido en oxígeno más alto que el contenido de oxígeno estándar de Ti-6Al-4V en polvo par...

En esta investigación, se desarrolla un método rápido basado en caracterización de piscina del derretimiento para estimar el espesor de la capa de componentes de Ti-6Al-4V producidos por deposición de energía dirigida.

Producción de pistas individuales de Ti-6Al-4V por deposición de energía dirigida a determinar el espesor de la capa de deposición multicapa

Directed Energy Deposition (DED), which is an additive manufacturing technique, involves the creation of a molten pool with a laser beam where metal ...

El objetivo general de este procedimiento es determinar los efectos de diferentes parámetros del proceso de deposición de energía dirigida en el espesor de la capa y otras características del baño de fusión para identificar los parámetros óptimos para la fabricación de piezas metálicas más grandes. La deposición de energía dirigida es una tecnología de fabricación aditiva para crear piezas metálicas de dimensiones medias-grandes a partir de polvos metálicos. Cada polvo requiere parámetros de proceso para producir piezas de alta densidad y sin defectos.La optimización de los parámetros de proceso convencionales a menudo implica residuos por sobre/subdeposición causados por la suposición de la altura de la capa. La principal ventaja de esta técnica es que supone un ahorro de tiempo y costes. Este método de optimización se basa en la producción y caracterización de pistas individuales a partir de polvos metálicos.Cuando manipule el polvo de titanio seis-cuatro, use una mascarilla respiratoria, guantes de nitrilo desechables sin polvo y gafas protectoras de plástico. Para comenzar la caracterización del polvo de titanio seis-cuatro fresco e irregular, fije la cinta adhesiva de carbono

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Una estrategia general para el desarrollo de la carga de separación de semiconductores compuestos de nanocristales de despliegue para la producción de energía solar se presenta. Se demuestra que el montaje de donante-aceptor dominios de nanocristales en una geometría sola nanopartícula da lugar a una función fotocatalítica, mientras que para cargas masivas de heterouniones de donante-aceptor películas nanocristal puede ser utilizado para la conversión de energía fotovoltaica.

Captación de energía solar por medio de carga de separación nanocristales y sus sólidos

Aprende a optimizar la deposición de energía dirigida en Ti-6Al-4V mediante la caracterización del pool de fusión. Este método permite estimar el espesor de capa y reducir desperdicios en la fabricación aditiva de piezas metálicas grandes.

Producción de pistas individuales de Ti-6Al-4V por deposición de energía dirigida a determinar el espesor de la capa de deposición multicapa (Video) | JoVE Journal

Producción de pistas individuales de Ti-6Al-4V por deposición de energía dirigida a determinar el espesor de la capa de deposición multicapa

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