Что больше нравится?

Четверг, 24 Декабрь 2020 03:43

Масштабирование процессов порошкового синтеза (PBF)

Автор 
Оцените материал
(1 Голосовать)

В прошлом месяце я писал о проблемах изготовления крупных деталей с помощью аддитивного производства (AM), в частности, масштабирование процессов порошкового синтеза (PBF) для крупных деталей из-за присущих им затрат и времени изготовления.

 

Направленное энергетическое осаждение (DED) аналогично PBF, поскольку для расплавления порошка используется лазерный (или электронный) луч. Однако способ осаждения и расплавления порошкового сырья позволяет DED легче и экономичнее масштабировать его на более крупные детали AM.

 

 

Согласно стандарту ASTM / ISO для терминологии AM (ISO/ASTM 52900-15), " DED- это аддитивный производственный процесс, в котором сфокусированная тепловая энергия используется для плавления материалов по мере их осаждения.”

 

В этой статье я сосредоточусь на лазерных и порошковых системах подачи. В следующем месяце я расскажу о преимуществах и недостатках других типов систем DED.

 

В лазерном порошковом DED сплавляемый материал осаждается путем "выдувания" металлического порошка через небольшие сопла или отверстия в бассейн расплава, создаваемый лазером. В зависимости от мощности и типа используемого лазера лазерный луч фокусируется для создания определенного размера пятна (например, 0,5 или 1 мм для 500-ваттного лазера против 1,5 или 3 мм для 2,5-киловаттного лазера).

Глубина и скорость образующейся ванны расплава определяются скоростью сканирования лазера (или перемещением детали на платформе под лазером), а также поглощением энергии и теплопроводностью осаждаемого сырья.

 

Размер бассейна для расплава, скорость, с которой движется лазер, и скорость подачи порошка (скорость, с которой порошок продувается через сопла к лазеру) определяют, сколько порошка захватывается в бассейне расплава и, в конечном счете, сколько материала сплавляется с деталью— слоем под ним, а также смежным материалом внутри слоя, который в настоящее время строится. Большой, горячий, медленно движущийся бассейн расплава будет иметь более высокую скорость захвата порошка. Одна из проблем, связанных с DED, - настройка параметров процесса для обеспечения быстрого времени сборки, эффективного использования порошка и точности размеров детали.

 

После оптимизации скорость сборки для DED, как правило, немного выше, чем для PBF. Размер лазерного пятна для DED в 10 раз больше по сравнению с тем, что используется в PBF. Это создает большую мишень для расплава, в которую порошок попадает и плавится. Можете ли Вы себе представить, какова была бы скорость захвата порошка, если бы вы пытались попасть в бассейн расплава диаметром от 50 до 75 микрон в системе PBF?

 

Кроме того, более крупные частицы порошка, как правило, используются в системах DED (от 50 до 150 мкм в диаметре в DED против 20-50 мкм для PBF), поскольку они, как правило, лучше текут и обеспечивают большую площадь поверхности для ускорения процесса плавления. Более крупные частицы порошка также обеспечивают более толстые слои по сравнению с PBF, что означает меньшее количество слоев для создания при использовании DED.

 

Рассмотрим сопло, показанное на рисунке. Эта насадка позволяет всего за 20 минут построить деталь на 500-ваттной лазерной системе подачи порошка DED в Ti-6Al-4V. Сборка той же детали на  400-ваттной лазерной системе PBF также занимает около и четырех часов, если учесть повторное нанесение покрытия.

 

 

Почему такая большая разница?

С DED вы кладете материал только там, где он вам нужен. Лазер просто перемещается три-четыре раза по окружности сопла, чтобы создать слой, и следующий слой начинается сразу же после того, как лазер перемещается. Однако с PBF следующий слой может начаться только после того, как будет нанесен новый слой порошка. Таким образом, если деталь построена с использованием 30-микронных слоев, то сопло высотой 45 мм имеет 1500 слоев. Умножьте количество слоев на время, необходимое для повторного нанесения одного слоя (около 9 секунд для Ti-6Al-4V), и время повторного нанесения составит 3,67 часа. Конечно, современные лазерные системы PBF строят детали из  Ti-6Al-4V с использованием 60-микронных слоев (или 90 микрон в некоторых системах), но это все равно означает, что время сборки сопла в системе PBF составляет почти два часа (или 1,5 часа при 90-микронных слоях).

 

В то время как деталь с технологией DED строится быстрее, вы можете видеть на рисунке, что поверхность детали довольно грубая (сравнимая с тем, что достигается при литье в песок). Вы можете видеть слои,  а точность размеров детали намного меньше, чем это возможно в системе PBF. В результате потребуется меньше механической обработки, чтобы закончить деталь PBF и соответствовать техническим требованиям чертежа.

Дополнительная информация

  • Заказчик: Организация
  • Статус: Нет исполнителя
  • Срок сдачи проекта после оплаты аванса: 01.10.2020
  • ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: Рассказать подробней про тему проекта
Прочитано 36 раз Последнее изменение Четверг, 24 Декабрь 2020 03:51
Другие материалы в этой категории: « 5g в промышленности Основы очистки деталей »
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии