Produção de Single Tracks de Ti-6Al-4V pela deposição de energia dirigida para determinar a espessura de camada para deposição de várias camada

Engineering

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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.

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Saboori, A., Tusacciu, S., Busatto, M., Lai, M., Biamino, S., Fino, P., Lombardi, M. Production of Single Tracks of Ti-6Al-4V by Directed Energy Deposition to Determine the Layer Thickness for Multilayer Deposition. J. Vis. Exp. (133), e56966, doi:10.3791/56966 (2018).

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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.

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Protocol

1. caracterização de pó

  1. Coloque 3 g de Ti-6Al-4V pós a começar em uma fita de carbono adesivo dupla-face, que está localizada em um esboço de pino de alumínio e inserir dentro da câmara de amostra de um microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo (FESEM) para analisar a morfologia do pó16.
  2. Medir a densidade aparente do pó através do preenchimento de um recipiente de3 30 cm e medir o peso de pó de acordo com a norma ASTM-B212.
  3. Execute análise química de começando em pó (5-10 g), usado em pó (5-10 g) e de analisador de plasma (ICP) depositado bloco (20g) por meio de elemental (por exemplo, Leco) e indutivamente acoplado17.

2. dirigido a deposição de energia de Single Tracks

  1. Carregamento de pó
    1. Utilize equipamento de protecção pessoal, incluindo uma máscara respiratória de FFP3 compatível com os requisitos da EN 149, luvas de nitrilo sem pó descartável e óculos protectores de plástico.
    2. Abra o funil do pó sistema de alimentação e use um exaustor (por exemplo, ATEX) para remover o pó residual.
    3. Retire o funil seguindo as instruções adequadas dadas pelo construtor e limpe todos os componentes usando toalhas de papel embebida em álcool etílico.
      Nota: Este passo é fundamental para evitar a contaminação por diferentes tipos de pós metálicos.
    4. Remonte o pó funil de alimentação, seguindo as instruções dadas pelo construtor. Deixe de lado apenas a tampa superior do funil para realizar o carregamento do pó.
    5. Carregar o funil com pós de Ti-6Al-4V com granulometria na faixa de 50-150 µm. dependendo do tamanho do funil disponível, preenchê-lo completamente.
    6. Feche a tampa superior do funil muito firmemente para evitar qualquer vazamento de gás.
  2. Preparação da amostra
    1. Pegue uma folha de Ti-6Al-4V com dimensões de 50 x 50 mm e 4 mm de espessura.
    2. Limpe a superfície da folha de titânio com toalhas de papel embebida em álcool etílico. Medir o peso da folha com uma balança centesimal.
    3. Coloque a folha na área de trabalho, de acordo com a posição do marcador. A área de trabalho é onde a deposição ocorrerá, assim que for determinado de acordo com o programado caminho do robô.
  3. Preparação do robô e preparação do equipamento de deposição
    1. Monte o bocal na cabeça do laser, de modo que o ângulo entre o eixo do bocal e o eixo do laser é de 35°.
    2. Mova o robô ao ponto de partida do trabalho para realizar a calibração.
    3. Verifique a distância entre o bocal e o plano de trabalho e, se necessário, corrigir manualmente a posição do bocal até a distância medida é de 5 mm.
      Nota: Desde que a área de trabalho coloca-se sobre um plano horizontal, essa distância é a distância vertical entre a folha de metal e a ponta do bico.
    4. Verifique a centralização da saída do bocal com o laser: em primeiro lugar, ligue o guia laser clicando no comando "Laser guia ON" sobre o software para o controle do laser. Em seguida, colocar uma haste fina, medindo 0,8 mm de diâmetro e 200 mm de comprimento, dentro do bocal. Verifique se a ponta da haste e o ponto do guia do laser são coincidentes. Caso contrário, ajustar manualmente a posição do bocal, respeitando as distâncias e ângulos anteriormente indicados.
      Nota: neste caso, o diâmetro externo do bocal é 1mm; Se é empregado um bocal com um diâmetro menor, use uma haste cujo diâmetro é menor do que o bocal.
    5. Verifique se os dados de calibração gravados no software de controle do robô: clique no botão "Apply" no software e esperar para a compilação do código.
      Nota: O software irá verificar se há erros no código; Se não há erros são detectados, o código é armazenado no controlador de robô. Se forem detectados erros, não vai ser compilado o código, e ainda mais revisão serão necessários.
    6. Habilitar o módulo de fonte de laser clicando o comando "enable Laser" sobre o software de controle do laser.
      Nota: A fonte de laser independentes é um laser de fibra contínua emitindo na região do infravermelho (1064 nm) com potência máxima de 5 kW.
    7. Ativar motores do robô por manualmente pressionando o botão "Robô motores em" sobre o armário de controle do robô e verificar que a segurança relacionada LED estiver aceso: se, então, isso significa que os motores são habilitados.
  4. Iniciar o processo de deposição
    1. Selecione o arquivo apropriado na lista de programas existentes e carregar o caminho de trabalho para a rotina principal do robô.
    2. Verifique os parâmetros do laser e robô: definir a potência do laser para o poder do laser específico (325 650, 980, 1500 W) e a velocidade do robô para uma determinada velocidade (30, 40, 50, 60 mm/s).
      Nota: Estes parâmetros são escritos para o software de controle do robô, de acordo com a linguagem específica da máquina.
    3. Confirmar os novos parâmetros pressionando o botão "Apply" no software e aguarde a compilação do código. O software irá verificar se há erros no código; Se não há erros são detectados, o código é armazenado no controlador de robô e está pronto para ser lançado. Inicie a rotina de robô pressionando o botão "Iniciar" no software de controle do robô.
  5. Pegar a amostra usando a pinça especial e limpe a superfície da amostra com uma toalha de papel embebida em álcool etílico para retirar qualquer pó residual.

3. analisar os Single Tracks

  1. Analise as única faixas de cima por um microscópio estéreo 5 ampliação de X.
    Nota: Nesta fase, algumas imagens são tomadas através de um microscópio estéreo e analisadas visualmente.
  2. Corte as faixas single do meio das faixas depositadas perpendicular à direção de deposição, usando uma ferramenta de corte preciso.
  3. Monte a seção transversal das faixas única em resina epóxi. Escolha um copo de montagem e coloque a amostra limpa e seca nele. Medir as quantidades corretas de resina cuidadosamente por peso (10 g/amostra) e misture com um endurecedor líquido (6 g/amostra). Despeje a mistura de resina sobre a amostra e deixar os copos cheios de montagem para curar durante 30 min à temperatura ambiente. Depois disso, moer os espécimes montados com 500, 800 e 1.200 papel de SiC de tamanho de grão e em seguida polir usando colar de diamante, até os mais finos tamanhos de partículas de diamante (1 µm).
  4. Analise as superfícies polidas em termos de forma e porosidade através de microscópio óptico. Adquirir as imagens de piscinas de derretimento com o microscópio ótico em ampliação de 10x e em seguida, analisá-los usando o software de imagem-J.
  5. Medir a altura das piscinas de derretimento, medindo a distância entre o topo e fundo da piscina do derretimento. Depois, Trace a altura medida do derretimento piscinas em função da densidade de energia específica, que é calculada de acordo com a equação correspondente. Com efeito, a densidade de energia pode ser calculada pela seguinte equação:
    Equation 1
  6. Cabe uma polinomial de ordem 2nd sobre os resultados experimentais para obter a equação correspondente à espessura da camada como uma função de densidade de energia específica.
  7. Considere uma densidade de energia específica e calcular a espessura da camada de acordo com a relação deles, o que foi observada na etapa anterior.
  8. Para verificar se o método, fabricar um bloco multicamado, considerando a espessura de camada calculado e em seguida caracterizar a seção de blocos em termos de porosidade e a altura final.
  9. Analise a microestrutura do bloco fabricado após um polimento passo no mesmo procedimento como seção 3.3. Na verdade, após o polimento final, etch as amostras para 30 s com reagente do Kroll, o qual contém 92 mL de água destilada, 6 mL de ácido nítrico e 2 mL de ácido fluorídrico.

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Representative Results

Para os estudos experimentais, pó de Ti-6Al-4V irregular com um tamanho médio de 50-150 µm e densidade aparente de 1,85 g/cm3 foi empregado como depositar material (Figura 1). A análise química do pó confirmou que o conteúdo de oxigênio e nitrogênio do pó não alterou antes e após o processo de deposição, enquanto em ambos os casos, o conteúdo de oxigênio foi superior ao teor de oxigênio padrão de Ti-6Al-4V em pó para fabricação de aditiva (< 0,13%). No entanto, o conteúdo de oxigênio e o nitrogênio dos componentes em massa aumentou após a deposição.

Figure 1
Figura 1: a partir do pó de Ti-6Al-4V é usada como depósito de material. Este é um pó irregular com um tamanho médio de 100-150 µm e densidade aparente de 1,85 g/cm3.

C S Al Fe H N Ó V Ti
Pó fresco 0,017 < 0,001 5,83 0.08 0,013 0,022 0.23 3,89 Bal.
Usada em pó 0.016 < 0,001 5.86 0.08 0,012 0.02 0.22 3,87 Bal.
Componente de granel 0.021 0.001 5.78 0.08 0,012 0.058 0.28 3.8 Bal.
Padrão < 0,08 -- 5.5-6.5 < 0.25 < 0,012 < 0.05 < 0.13 3.5-4.5 Bal.

Tabela 1: composição química do pó de Ti-6Al-4V antes e após a deposição (percentagem de peso). Ele mostra que o conteúdo de oxigênio e nitrogênio do pó não altere antes e após o processo de deposição, enquanto em ambos os casos, o conteúdo de oxigênio é superior ao teor de oxigênio padrão de Ti-6Al-4V em pó para fabricação aditiva.

A Figura 2 mostra as única faixas da Ti-6Al-4V liga após depoimento às várias poder do laser e laser velocidade de digitalização. Como pode ser visto por aumentar a potência do laser e diminuindo a velocidade de varredura do laser, o tamanho das faixas único aumentou.

Figure 2
Figura 2: Single faixas da liga Ti-6Al-4V após a deposição. Estas faixas única foram depositadas no poder diferente do laser e do laser scan velocidade e analisadas a partir do topo. Aumentando a potência do laser e diminuindo o laser velocidade, seus tamanhos aumentados de digitalização.

A Figura 3 mostra a seção transversal das faixas única após a deposição, e aumentando a potência do laser, a altura das faixas única aumentou consideravelmente. Além disso, diminuindo a velocidade de varredura do laser com uma potência constante do laser, a altura da deposição aumentou, enquanto, do laser de baixa potência e velocidade de digitalização laser muito alta, a altura do depoimento foi insignificante. Apesar da altura da piscina do derretimento, a formação de porosidade no interior da piscina de derreter, em particular perto da interface da área de zona piscina/fusão de derretimento, foi a outro fenómeno, que foi revelado após a deposição.

Figure 3
Figura 3: seção transversal de faixas única após a deposição. Aumentando a potência do laser e diminuindo a velocidade de varredura do laser, a altura da piscina de derretimento diminuiu. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

A relação entre a altura de pista única e parâmetro diferente do processo é mostrada na Figura 4. A altura do única faixas em velocidades de varredura diferente do laser aumentadas, aumentando a potência do laser, o que sugere que a potência do laser até um certo ponto tem um efeito positivo sobre a altura de deposição (figura 4a). No entanto, após esse ponto crítico, a potência do laser afeta negativamente o crescimento de deposição devido a entrega de muita energia para o pool de derreter. Além disso, concluiu que como o laser de digitalização velocidade aumentada, a entrada de energia no pool de derretimento foi reduzida e a taxa de entrega de pó indiretamente foi diminuída, e consequentemente a altura depositada diminuiu notavelmente (figura 4b).

Figure 4
Figura 4: efeito dos parâmetros de processo diferente na dimensão única faixa. É claro que como o velocidade de exploração do laser aumento (b), a entrada de energia no pool de derretimento é reduzido e o pó entrega taxa (a) indiretamente é diminuída e, consequentemente, a altura depositada diminuiu notavelmente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Estes resultados demonstram claramente a influência dos parâmetros de processo diferente sobre a geometria das faixas depositadas. Apesar de fornecer insights valiosos sobre o processo, a avaliação da altura depositada é ainda um desafio, devido à variedade de parâmetros que estavam envolvidos. Assim, foram feitos alguns esforços para desenvolver uma nova estratégia para avaliar o efeito da combinação de parâmetros de processo sobre a geometria da pista depositada.

Como foi mostrado, a altura da camada depositada aumentou, aumentando a potência do laser, e entendia-se que este não era o único parâmetro que afeta a altura da piscina derretimento. Na verdade, no período de tempo necessário para derreter um determinado volume do substrato e depositar uma camada adequada de material fundido, uma certa quantidade de energia e o pó deve ser fornecida ao substrato. Esta energia não é determinada apenas pela potência do laser e do laser scan velocidade, mas também o tamanho do ponto do laser deve ser considerado. Para este efeito, a densidade de energia específica por tamanho de ponto de unidade (E) e pó alimentar densidade (F) é calculada para avaliar o efeito da combinação desses parâmetros.

E, que é a densidade de energia específica, mostra que a energia que é entregue para o pool de derretimento pelo laser e em princípio é responsável pelo derretimento do substrato e do pó. Esta densidade de energia é expressa em8

Equation 2(1)

Onde E é a densidade de energia específica por tamanho de ponto de unidade, P é a potência do laser (W), v é a velocidade de varredura do laser (mm/s), e D é o tamanho do ponto do laser (mm). Para obter um nível de deposição adequada para cada material metálico, há um certo nível de energia abaixo do qual não há títulos de fusão podem ser alcançados, e além da diluição se torna demasiado grande. Outro fator que mostra o efeito da combinação de parâmetros é a densidade de pó (F), que pode ser calculado da seguinte forma8

Equation 3(2)

Aqui, F é o pó que alimentam a densidade e G é o pó taxa (g/s) de alimentação.

A Figura 5 demonstra a variação da altura da camada depositada em função da densidade de energia específica. Como pode ser visto, a altura das faixas única aumentou, aumentando a densidade de energia específica, que pode estar relacionada com a entrada de calor mais elevada para a maior densidade de energia do laser. A correlação empírica entre a densidade de energia e a altura de deposição são como segue:

h = 14,99 E – 17.85 (3)

Desta equação, a altura da faixa depositada pode ser estimada através do cálculo da densidade de energia específica e esta equação. Por outro lado, a variação de altura depositada em função da densidade de pó, que é mostrada na Figura 6, mostrou que aumentando a densidade de pó, aumentou a altura da faixa depositada, e a relação empírica entre estas pode ser expressa da seguinte forma:

h = 38477 F – 157.06 (4)

Esta equação mostra que a altura da faixa depositada pode ser calculada pelo cálculo da densidade de pó e esta equação. EQ. 3 e 4 EQ. mostram que usando a combinação de parâmetros de processo e calcular a densidade de energia específica e a densidade de pó, é possível a previsão da altura depositada e, consequentemente, encontrar o melhor domínio para alcançar a melhor qualidade de deposição.

Figure 5
Figura 5: única faixa altura (h) versus densidade de energia específica (E). A altura das faixas única aumentada, aumentando a densidade de energia específica, que pode estar relacionada com a entrada de calor superior a maior densidade de energia do laser. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6: única faixa altura (h) como uma função de pó alimenta densidade (F). Aumentando-se o pó que alimentam a densidade, aumentou a altura da faixa depositada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

No depoimento de energia direta de materiais metálicos, h (altura da camada, ou ΔZ) é um fator muito importante que afeta a qualidade do componente após a deposição. A deposição de energia convencional direto de componentes metálicos, a altura da camada de deposição é considerada uma constante e, aparte a geometria do componente e seu material, os parâmetros de processo tal poder do laser e laser, velocidade de varredura foram otimizado para fabricar o componente final. Com efeito, corte as camadas em uma espessura constante não geralmente compatíveis com os parâmetros de processo. Portanto, esta espessura pode ser alterada manualmente ou empiricamente, que sacrifica a qualidade do componente e a taxa de fabricação. Em geral, em camada convencional de corte, mais ou menos deposition só podem ser concretizada devido as aproximações na consideração da espessura da camada, que precisa de correções adicionais tais como deposição subsequente ou usinagem as camadas extras (Figura 7a ). Assim, neste trabalho, esforço foi realizado para desenvolver uma nova estratégia para determinar a espessura da camada, de acordo com as condições de processo que são usadas na produção de componentes.

Figure 7
Figura 7: corte. (a) estratégia de corte convencional, (b) corte nova estratégia de acordo com os parâmetros de processo ideal; na camada convencional de corte, mais ou menos deposition podem ser realizada devido as aproximações na consideração da espessura da camada, que precisa de mais correções, tais como a deposição subsequente ou as camadas extras de usinagem. Nesta abordagem, a espessura de camada para a fabricação do componente é determinada de acordo com uma altura de camada única, relacionada com a densidade de energia específica dos dois parâmetros combinados. E é a densidade de energia específica por tamanho de ponto de unidade, F é o pó que alimentam a densidade, tdep é a espessura de camada única ecamada de t é a espessura da fatia.

Aliás, nesta abordagem, a espessura de camada para a fabricação do componente é determinada de acordo com uma altura de camada única, relacionada com a densidade de energia específica dos dois parâmetros combinados. Para este método a prova e verificar a correlação entre a qualidade do componente e a espessura de camada diferente, alguns simples cubos foram construídos em vários ΔZ e então suas seções transversais foram avaliadas.

Figura 8a b mostrar a secção transversal do representante de multicamada-blocos, que foram produzidos de acordo com o método convencional. Como pode ser visto na tabela 2, de acordo com a estratégia de corte que considera 0,325 mm como espessura da camada, a altura desejada do bloco mostrado na figura 8a deve ser aproximadamente de 5,2 mm. No entanto, no método convencional, a altura final de 10,11 mm (deposição excessiva) foi alcançada, que é uma consequência de se considerar uma alta ΔZ (0.6 mm) durante o processo. Esse processo de deposição excessiva resultou na falta de fusão entre as camadas e um elevado nível de porosidade dentro da amostra. Por outro lado, Figura 8b ilustra que, considerando uma baixa ΔZ, a altura desejada não pode ser alcançada, e isso resulta em um processo de deposição longas e microestrutura indesejável. Estas discrepâncias implicam que no método convencional, corte as camadas em uma espessura fixa não geralmente compatíveis com os parâmetros de processo, e, portanto, a espessura da camada desejada não pode ser alcançada. Um corte transversal do bloco, que foi produzido de acordo com a estratégia de corte, é mostrado na Figura 9. Como pode ser visto através de um apropriado ΔZa considerar, será possível conseguir precisão dimensional excelente. No entanto, a precisão dimensional pode ser diminuída em um alto nível de potência do laser em consequência de alta energia de entrada, o que resulta no derretimento da camada subjacente. A tabela 2 mostra que, usando o método de corte, um estábulo mais derretimento posição da piscina pode ser alcançado, e, consequentemente, aumenta a precisão dimensional. A Figura 9 mostra um bloco que é produzido de acordo com a abordagem de corte, e como pode ser visto usando um apropriado ΔZ (~ 0.5 mm) obteve-se a altura desejada de deposição.

Figure 8
Figura 8: exemplos de espécimes produzidos pelo método convencional. De acordo com a estratégia de corte que considera 0,325 mm como espessura da camada, a altura desejada do que é mostrado no painel um bloco deve ser aproximadamente de 5,2 mm. No entanto, no método convencional, a altura final de 10,11 mm (deposição excessiva) foi alcançada, que é uma consequência de se considerar uma alta ΔZ (0.6 mm) durante o processo. Por outro lado, o painel b ilustra que, considerando uma baixa ΔZ, a altura desejada não pode ser alcançada e resulta em um processo de deposição longas e microestrutura indesejável. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 9
Figura 9: exemplo de uma amostra fabricada pela abordagem fatiamento. Confirma que uma consideração adequada ΔZ resulta em uma excelente precisão dimensional.

Poder do laser (W) Espessura (mm) Número de camadas Altura desejada (mm) Depositado altura (mm)
Método convencional 350 0,325 16 5.206 10.114
1500 0.758 8 6,07 3.425
Método de corte 325 0,485 5 7.436 7.245

Tabela 2: comparação entre a altura depositada e a altura desejada nos métodos convencionais e corte. Ele mostra que, usando o método de corte, um estábulo mais derretimento posição da piscina pode ser alcançado e, consequentemente, aumenta a precisão dimensional.

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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 calculada a densidade de energia específica dos espécimes os parâmetros ideal. Nesta etapa, a altura da piscina derretimento foi plotada como uma função de densidade de energia e, nesta etapa crítica, a espessura de camada para a deposição de várias camada pode ser alcançada.

Em DED, uma vez que vários parâmetros de processo alteram a espessura de camadas, a deposição de camadas com uma espessura constante não pode resultar em uma geometria precisa do componente. Significa que considerando uma camada fixa espessura por deposição, independentemente de parâmetros de processo, conduz a sob - ou over - deposition que resulte em erro geométrico e, consequentemente, um processo longo da produção. O objetivo desta investigação foi explorar a relação entre o procedimento de ajuste de espessura corte, a altura real depositada e as condições de processo. Concluiu-se que, através da combinação da geometria dos parâmetros de piscina e o processo de derretimento, seria possível determinar a espessura de camada ideal associada com os parâmetros de processo específico, em um curto período de tempo com respeito à métodos tradicionais.

A estratégia de corte utiliza as equações que obter a altura de camada única, relacionada com a densidade de energia específica. O componente final é cortado de acordo com a altura de camada única para uma condição específica de depósito. A fim de verificar se o método sugerido, alguns blocos foram produzidos de acordo com a abordagem de fatiamento. Os resultados desta pesquisa mostraram que, empregando este protocolo, seria possível determinar a espessura da camada, que é um dos principais parâmetros que devem ser considerados corretamente para criar um componente com dimensões exatas. A única limitação do presente protocolo que possam ser considerada é a dependência dos resultados do tipo de material, e, assim, o presente protocolo deve ser realizado para cada tipo de material. Além disso, para aumentar a precisão do ajuste de espessura da camada, a largura da piscina derreter também pode ser considerada no protocolo. O passo mais importante no protocolo é a medição da geometria de piscina derreter assim que qualquer erro, mesmo pequenos erros, nesta etapa podem resultar em um erro significativo no cenário de espessura de camada.

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Disclosures

Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgments

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

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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