Прямое распределение энергии - методы 3D-печати

Direct Energy Disposition (DED) - один из методов аддитивного производства. Аддитивное производство (AM) может показаться вам немного незнакомым. Его также называют 3D-печатью, быстрым прототипированием (RP), послойным производством и т. д. Суть аддитивного производства заключается в использовании данных 3D-модели для послойного соединения материалов. Не требуя инструментов и предварительных штампов, AM побеждает традиционные технологии производства и становится одним из самых популярных методов производства в настоящее время. Поскольку аддитивное производство может использовать различные материалы, такие как пластмассы, металлы, керамика, композиты и биологические материалы [1], многие отрасли промышленности начали или уже используют эту технологию. AM дает возможность создавать сложные и специфические конструкции.

Аддитивное производство включает в себя четыре метода: струйное нанесение связующего, плавление в порошковом слое, ламинирование листов и прямое энергетическое осаждение (DED). Как видно из названия, в этой статье мы сосредоточимся на прямом энергетическом осаждении.

Что такое прямое энергетическое осаждение?

Прямое энергетическое осаждение использует тепловую энергию лазера/электрического луча или чего-то еще для расплавления материала и сплавления осажденного слоя с новым материалом. Оно сочетает в себе технологии наплавки и сварки. DED использует не только порошок, как другие методы 4 AM, но и проволоку в качестве сырья. В соответствии с различными типами сырья DED можно разделить на порошковый и проволочный типы. В DED с порошковым питанием в качестве теплового нагрева используется лазер, который расплавляет порошок и предыдущие слои. Проволочный тип DED может использовать лазер, электронный луч или плазменную дугу в качестве источника тепла. Приведенные ниже рисунки 1 и 2 дают краткое представление об этих двух различных технологиях DED.

Рисунок 1: DED с порошковой подачей: (a) коаксиальная подача; (b) внеосевая подача [1].

Рисунок 2: Тип подачи проволоки DED: (a) коаксиальная подача; (b) внеосевая подача [1]

В соответствии с различными местами подачи, DED можно разделить на коаксиальную и внеосевую подачу. Экранирующий газ или защитный газ используется для защиты материала, особенно активного металла, от окисления под воздействием высокой температуры.

Принцип его работы заключается в следующем:

*Сопло подает сырье (порошок или проволоку) на подложку.

*Нагревательный ресурс (например, лазер) расплавляет определенную область и сплавляет материал, образуя слой.

Сопло и лазерный луч непрерывно перемещаются в другие области, чтобы повторить те же действия под управлением компьютера. Прямое энергетическое осаждение использует принцип "линия за линией" и может работать в негоризонтальной плоскости.

Разница между порошковым и проволочным типом подачи DED

DED с проволочной подачей имеет более высокую скорость осаждения и более толстый слой, чем DED с порошковой подачей. Однако DED с порошковым питанием более точен (проработан) и имеет меньшее остаточное напряжение. Благодаря этим различиям они часто используются в разных областях.

DED с подачей порошка часто используется в восстановлении, нанесении пористых покрытий, изготовлении специальных материалов, специальных структур и терморегулировании [1]. В отличие от порошкового наплавления или струйного нанесения связующего, DED может использоваться для восстановления, так как может работать в негоризонтальной рабочей плоскости.

DED с проволочной подачей часто используется для получения частиц большого размера, таких как лонжероны крыла.

Применение реставрации методом прямого энергетического осаждения

Прямое осаждение энергии показывает отличные результаты в области восстановления и реставрации, особенно когда полная замена компонента требует много времени и средств. Например, когда повреждается часть ротора с интегрированными лопастями современных турбинных двигателей, менее экономично заменить его новой лопастью, чем ремонтировать. Использовать для этого общие технологии непросто. Но DED может решить эту проблему благодаря относительно низкой теплоемкости, малой деформации, хорошему металлургическому сочетанию и точной подгонке.

Порошковый DED показывает лучшие результаты в восстановлении, чем проволочный DED. Однако ни один из них не может восстановить те же усталостные свойства, предел текучести и пластичность, что и исходная деталь, из-за пористости, примесей или других причин.

По мере развития технологии DED, вероятно, будут увеличиваться размеры и сложность деталей, которые могут быть изготовлены с помощью этого процесса. Это откроет новые возможности для производителей и реставрационных организаций и, возможно, приведет к созданию совершенно новых продуктов и отраслей промышленности.

Резюме

Прямое осаждение энергии - это высокоточный и точный процесс производства аддитивных материалов, который способен произвести революцию в создании и ремонте деталей. Хотя в настоящее время он ограничен производством небольших деталей, постоянные разработки в области технологии, вероятно, расширят его возможности в будущем. Высокая стоимость оборудования, необходимого для проведения DED, может стать препятствием для внедрения технологии в некоторых организациях, однако преимущества этого процесса делают его все более популярным выбором для широкого круга приложений.

Ссылка

1. Ahn, DG. Процесс направленного энергетического осаждения (DED): Состояние техники. Int. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green Tech. 8, 703-742 (2021). https://doi.org/10.1007/s40684-020-00302-7