【機(jī)床商務(wù)網(wǎng)欄目 科技動(dòng)態(tài)】本文的作者Timothy W. Simpson，前不久一直很朋友在討論使用加法制造(AM)制造大部件的挑戰(zhàn)。具體來(lái)說(shuō)，由于固有成本和構(gòu)建時(shí)間的限制，對(duì)大型部件采用了比例粉底熔合(PBF)的工藝。
 

　　定向能沉積(DED)與PBF類(lèi)似，因?yàn)樗褂眉す?或電子)束來(lái)熔化粉末。然而，粉末原料的沉積和熔化方式使其更容易和成本有效地?cái)U(kuò)展到更大的AM部件。
 

　　根據(jù)ASTM/ISO AM術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)(ISO/ASTM 52900-15)，“DED是一種增材制造工藝，在其過(guò)程中，聚焦熱能被用于熔化正在沉積的材料。”雖然激光可能是DED比較受歡迎的“聚焦熱能”來(lái)源，但電子束和等離子弧系統(tǒng)很容易從Sciaky和Norsk鈦公司獲得。在以激光為基礎(chǔ)的粉末輸送技術(shù)中，熔化的材料是通過(guò)小噴嘴或小孔“吹”金屬粉末到激光形成的熔體池中。根據(jù)所使用的激光器的功率和類(lèi)型，激光束被聚焦到一個(gè)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)。熔池的深度和速度是由激光的掃描速度(或在激光下的構(gòu)建平臺(tái)上的部件的運(yùn)動(dòng))和正在沉積的原料的能量吸收和熱導(dǎo)率所決定的。一個(gè)大型的、熱的、移動(dòng)緩慢的熔池的粉末捕獲率(70%-80%，這是較好的情況)將高于一個(gè)更小或更快的移動(dòng)熔體池(20%-30%的捕獲率，這是差的情況)。
 

　　在這兩種情況下，無(wú)論如何，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。這是DED所面臨的挑戰(zhàn)之一，也就是調(diào)整你的工藝參數(shù)以確保快速的構(gòu)建時(shí)間，高效地使用粉末和尺寸精確的部件。
 

　　一旦優(yōu)化，DED的構(gòu)建速度往往會(huì)比PBF要快一些。與PBF相比，該激光器的光斑尺寸至少為10倍或更大。這等于創(chuàng)建了一個(gè)更大的熔化池目標(biāo)，粉末擊中，熔化和融合在一起。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(huì)是多少?
 

　　此外，更大的粉末顆粒往往用于DED體系(直徑50- 150微米的DED相比20- 50微米的PBF)，因?yàn)樗鼈兺鲃?dòng)地更好，能提供更多的表面積，以加快熔化過(guò)程。與PBF相比，ger粉末顆粒還能夠形成更厚的層，這意味著在使用DED時(shí)所形成的層更少。
 

 

　　如圖所示的噴嘴。在Ti-6Al-4V的500瓦激光粉末輸送系統(tǒng)上，這個(gè)噴嘴只需要大約20分鐘。在我們400瓦的基于激光的PBF系統(tǒng)上構(gòu)建相同的部件也需要大約20分鐘的激光掃描時(shí)間，但是在PBF系統(tǒng)上構(gòu)建該部件的總時(shí)間幾乎是4個(gè)小時(shí)。為什么會(huì)有這么大的差異?有了DED，你只在需要的地方存放材料。激光只需繞噴嘴的圓周運(yùn)動(dòng)三到四次就可以形成一層，激光重新定位后，下一層就馬上開(kāi)始。然而，對(duì)于PBF，只能在新一層粉末被擴(kuò)散后才能開(kāi)始下一層。所以，如果這個(gè)部件是用30微米的層建造的，那么這個(gè)45毫米高的噴嘴就有1500層。將層數(shù)乘以重涂一層所需的時(shí)間(Ti-6Al-4V大約9秒)，重涂時(shí)間約為3.67小時(shí)。目前的激光PBF系統(tǒng)使用60微米層(在某些系統(tǒng)中為90微米)制造Ti-6Al-4V部件，但這仍然意味著PBF系統(tǒng)上噴嘴的制造時(shí)間接近2小時(shí)(或90微米層時(shí)為1.5小時(shí))。
 

　　雖然DED噴嘴的建造速度更快，但你可以從圖中看到零件表面的光潔度相當(dāng)粗糙(與砂型鑄造時(shí)的效果相當(dāng))。因此，你可能需要更多的機(jī)械加工來(lái)完成DED零件，并滿足相應(yīng)的規(guī)格。所以，許多人認(rèn)為DED更像是一種“近凈形狀”過(guò)程，而不是像PBF那樣的“凈形狀”制造過(guò)程。
 

　　(原標(biāo)題：What Is Directed Energy Deposition?)