什么是定向能沉积?

　　【机床商务网栏目 科技动态】上个月，我讨论了使用增材制造技术(AM)，来挑战制造大型部件。具体来说，由于固有的成本和构建时间的限制，我们可以对大型部件采用粉末层融合(PBF)工艺。
 

　　定向能沉积(DED)与PBF类似，因为它是使用激光(或电子束)来熔化粉末的。不管怎样，粉末原料的沉积和熔化方式，会使其更容易和有效地扩展到更大的AM部件上。根据ASTM/ISO AM术语标准(ISO/ASTM 52900-15)，“DED是一种增材制造工艺，在这种工艺中，集中的热能被用于熔敷材料。
 

　　在以激光为基础的粉状材料中，熔融的材料通过小喷嘴或小孔将金属粉末“吹”入激光形成的熔池中沉积。在使用的激光器的功率和类型结束时，激光束聚焦于创建一个已知的光斑大小(例如，500瓦激光器的光斑大小为0.5或1毫米，2.5千瓦激光器的光斑大小为1.5或3毫米)。熔池的深度和速度取决于激光的扫描速度(或激光下构建平台上的部件的移动)和沉积的原料的能量吸收和热导率。熔池的大小、激光移动的速度和粉末进给速度(粉末通过喷嘴吹向激光的速度)决定了熔池中捕获了多少粉末，并终决定了有多少材料熔合到部件上(熔池下面的层以及当前正在建造的层中的相邻材料)。大的、热的、缓慢移动的熔体池比较小或较快移动的熔体池具有更高的粉体捕集率(70- 80%，这是比较好的情况)(20- 30%的捕集率，这是坏的情况)。无论如何，在这两种情况下，AM部件的热历史以及微观结构和力学性能都是不同的。因此，这是DED面临的挑战之一，必须调整你的工艺参数，以确保快速构建时间，有效使用粉末和零件的尺寸精度。
 

　　一旦优化，DED的构建速度往往比PBF快一点。与PBF相比，DED的激光光斑尺寸至少要大上10倍。这就为粉末撞击、熔化和融合创造了一个更大的熔池目标。想象一下，如果你试图在PBF系统中撞击直径为50- 75微米的熔体池，粉末的捕获率会是多少?此外，较大的粉末颗粒往往被用于微电解系统(直径50至150微米的微电解系统，而PBF为20至50微米)，因为它们往往流动得更好，提供更多的表面积，以加快熔化过程。与PBF相比，更大的粉末颗粒也可以形成更厚的层，这意味着使用DED时需要构建的层更少。
 

 

　　考虑图中所示的喷嘴。在Ti-6Al-4V的500瓦激光基粉末进料系统的基础上，喷嘴仅需要约20分钟。在我们的基于400瓦激光的PBF系统上构建相同的部件，同样也需要大约20分钟的激光扫描时间，但如果考虑到重新编码的话，在PBF系统上构建该部件的总时间几乎要4个小时。为什么会有这么大的差异?如果使用DED，你只在需要的地方存放材料。激光只需围绕喷管周围移动三到四次，就可以形成一层，在激光重新定位后，下一层马上开始。然而，有了PBF，下一层只能在新一层粉末铺开后才能开始。因此，如果该部分是用30微米的层，那么45毫米高的喷嘴有1500层。将层数乘以重新记录单层所需的时间(Ti-6Al-4V约9秒)，重新记录时间为3.67小时。
 

　　虽然雾状喷嘴的建造速度更快，但你可以从图中看到，该部分的表面光洁度相当粗糙(可与砂型铸造时的效果相媲美)。你可以看到该部分的尺寸精度远远低于在PBF系统中可能达到的精度。因此，可能需要更多的加工步骤来完成，才能满足规格参数的要求。正因为如此，许多人认为，与PBF等“净形”制造工艺相比，DED才更接近“净形”制造工艺。
 

　　(原标题： What Is Directed Energy Deposition? )