【機床商務(wù)網(wǎng)欄目 科技動態(tài)】上個月，我討論了使用增材制造技術(shù)(AM)，來挑戰(zhàn)制造大型部件。具體來說，由于固有的成本和構(gòu)建時間的限制，我們可以對大型部件采用粉末層融合(PBF)工藝。
 

　　定向能沉積(DED)與PBF類似，因為它是使用激光(或電子束)來熔化粉末的。不管怎樣，粉末原料的沉積和熔化方式，會使其更容易和有效地擴展到更大的AM部件上。根據(jù)ASTM/ISO AM術(shù)語標準(ISO/ASTM 52900-15)，“DED是一種增材制造工藝，在這種工藝中，集中的熱能被用于熔敷材料。
 

　　在以激光為基礎(chǔ)的粉狀材料中，熔融的材料通過小噴嘴或小孔將金屬粉末“吹”入激光形成的熔池中沉積。在使用的激光器的功率和類型結(jié)束時，激光束聚焦于創(chuàng)建一個已知的光斑大小(例如，500瓦激光器的光斑大小為0.5或1毫米，2.5千瓦激光器的光斑大小為1.5或3毫米)。熔池的深度和速度取決于激光的掃描速度(或激光下構(gòu)建平臺上的部件的移動)和沉積的原料的能量吸收和熱導(dǎo)率。熔池的大小、激光移動的速度和粉末進給速度(粉末通過噴嘴吹向激光的速度)決定了熔池中捕獲了多少粉末，并終決定了有多少材料熔合到部件上(熔池下面的層以及當(dāng)前正在建造的層中的相鄰材料)。大的、熱的、緩慢移動的熔體池比較小或較快移動的熔體池具有更高的粉體捕集率(70- 80%，這是比較好的情況)(20- 30%的捕集率，這是壞的情況)。無論如何，在這兩種情況下，AM部件的熱歷史以及微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能都是不同的。因此，這是DED面臨的挑戰(zhàn)之一，必須調(diào)整你的工藝參數(shù)，以確保快速構(gòu)建時間，有效使用粉末和零件的尺寸精度。
 

　　一旦優(yōu)化，DED的構(gòu)建速度往往比PBF快一點。與PBF相比，DED的激光光斑尺寸至少要大上10倍。這就為粉末撞擊、熔化和融合創(chuàng)造了一個更大的熔池目標。想象一下，如果你試圖在PBF系統(tǒng)中撞擊直徑為50- 75微米的熔體池，粉末的捕獲率會是多少?此外，較大的粉末顆粒往往被用于微電解系統(tǒng)(直徑50至150微米的微電解系統(tǒng)，而PBF為20至50微米)，因為它們往往流動得更好，提供更多的表面積，以加快熔化過程。與PBF相比，更大的粉末顆粒也可以形成更厚的層，這意味著使用DED時需要構(gòu)建的層更少。
 

 

　　考慮圖中所示的噴嘴。在Ti-6Al-4V的500瓦激光基粉末進料系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，噴嘴僅需要約20分鐘。在我們的基于400瓦激光的PBF系統(tǒng)上構(gòu)建相同的部件，同樣也需要大約20分鐘的激光掃描時間，但如果考慮到重新編碼的話，在PBF系統(tǒng)上構(gòu)建該部件的總時間幾乎要4個小時。為什么會有這么大的差異?如果使用DED，你只在需要的地方存放材料。激光只需圍繞噴管周圍移動三到四次，就可以形成一層，在激光重新定位后，下一層馬上開始。然而，有了PBF，下一層只能在新一層粉末鋪開后才能開始。因此，如果該部分是用30微米的層，那么45毫米高的噴嘴有1500層。將層數(shù)乘以重新記錄單層所需的時間(Ti-6Al-4V約9秒)，重新記錄時間為3.67小時。
 

　　雖然霧狀噴嘴的建造速度更快，但你可以從圖中看到，該部分的表面光潔度相當(dāng)粗糙(可與砂型鑄造時的效果相媲美)。你可以看到該部分的尺寸精度遠遠低于在PBF系統(tǒng)中可能達到的精度。因此，可能需要更多的加工步驟來完成，才能滿足規(guī)格參數(shù)的要求。正因為如此，許多人認為，與PBF等“凈形”制造工藝相比，DED才更接近“凈形”制造工藝。
 

　　(原標題： What Is Directed Energy Deposition? )