3D-печать на металле:что такое прямое отложение энергии?

Прямое распределение энергии (DED) представляет собой серию из нескольких аналогичных технологий 3D-печати металлов, которые создают детали путем плавления и сплавления материала по мере его осаждения. Хотя его можно использовать для производства новых деталей, DED обычно используется для ремонта и восстановления поврежденных компонентов. Одна из основных технологий 3D-печати металлом, DED уже используется в таких ключевых отраслях, как аэрокосмическая и оборонная, нефтегазовая, а также в морской. В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим процесс DED, его преимущества и ограничения, а также существующие варианты использования.

Как работает DED?

Прямое нанесение энергии иногда называют по-разному, включая 3D-лазерную наплавку и изготовление направленного света. Кроме того, некоторые запатентованные технологии, смоделированные на DED, иногда используются взаимозаменяемо:электронно-лучевое аддитивное производство (Sciaky), лазерное проектирование сетки (Optomec), быстрое плазменное напыление (Norsk Titanium) или проволочно-дуговое аддитивное производство. Хотя каждый процесс работает немного по-своему, принцип, лежащий в основе них, один и тот же.

В процессе DED исходный материал в виде металлического порошка или проволоки проталкивается через подающее сопло, где он расплавляется сфокусированным источником тепла (чаще всего лазером, но может также быть электронным лучом или дугой) и последовательно добавляются на платформу сборки. И источник тепла, и подающее сопло монтируются на портальной системе или роботизированной руке. Процесс обычно происходит в герметичной камере, заполненной инертным газом, чтобы лучше контролировать свойства материала и защитить материал от нежелательного окисления.

Ознакомьтесь с технологией в действии:

Материалы

DED поддерживает широкий спектр металлов, в том числе:

• Титановые сплавы
• Нержавеющая сталь
• Мартенситностареющая сталь
• Инструментальная сталь
• Алюминиевые сплавы
• тугоплавкие металлы (тантал, вольфрам, ниобий)
• Суперсплавы (инконель, хастеллой)
• Никель-медный
• Другие специальные материалы, композитные материалы и материалы с функциональной градацией

Примечательно, что материалы, используемые в DED, значительно дешевле металлических порошков, используемых в порошковом металлическом AM.

Прямое депонирование энергии:плюсы и минусы

Технология DED используется уже несколько лет и предлагает ряд преимуществ:

• Идеально подходит для ремонта деталей:возможность контролировать зернистую структуру детали делает DED хорошим решением для ремонта функциональных металлических деталей.

• Детали, напечатанные на 3D-принтере :В отличие от процессов AM с металлическим порошковым слоем, которые обычно производят более мелкие компоненты с высоким разрешением, некоторые запатентованные методы DED могут производить более крупные металлические детали - например, технология электронного лучевого аддитивного производства (EBAM), разработанная Sciaky, как утверждается, позволяет уметь изготавливать детали длиной более 6 метров.

• Высокая скорость печати :Обычно машины DED имеют высокую производительность наплавки. Например, некоторые процессы DED могут достигать скорости до 11 кг металла в час.

• Меньше материальных отходов :В процессах SLM и DMLS, поскольку порошок распределяется на платформе сборки, а затем выборочно сливается вместе, часто может оставаться много нерасплавленного порошка, который необходимо повторно использовать. В контрактах с DED размещается только необходимое количество материала. Поскольку нет отходов порошка для переработки, это приводит к эффективному использованию материала и экономии затрат.

• Возможность работы с несколькими материалами :С помощью DED порошки или проволока можно менять или смешивать в процессе сборки для создания специальных сплавов. Эту технологию также можно использовать для создания градиента между двумя разными материалами в одной конструкции, что позволяет добиться более высоких свойств материала детали.

• Металлические детали высокого качества :DED производит высокоплотные детали с механическими свойствами, такими же или лучшими, чем у сопоставимых литых или деформируемых материалов. Детали, изготовленные с помощью DED, также могут достигать формы, близкой к конечной, а это означает, что они не потребуют небольшой постобработки.

• Возможности гибридного производства :DED - одна из немногих технологий 3D-печати металлом, которую можно интегрировать в обрабатывающие центры для создания гибридного производственного решения. Установив сопло для наплавки на многокоординатную систему обработки, можно быстрее и с большей гибкостью изготавливать очень сложные металлические детали.

Каковы ограничения DED?

Некоторые ограничения DED включают:

• Низкое разрешение: Детали, изготовленные с помощью прямого энергетического осаждения, как правило, имеют низкое разрешение и плохую чистоту поверхности, поэтому требуется вторичная обработка, которая увеличивает время и стоимость всего процесса.

• Без структур поддержки: DED не позволяет создавать опорные конструкции, что ограничивает производство деталей с определенной геометрией, например, с выступами.

• Стоимость: Системы DED обычно очень дороги, их стоимость превышает 500 000 долларов.

Прямое распределение энергии:машины

В таблице ниже мы обобщили основные компании, которые разработали собственные технологии на основе процесса DED, а также доступные машины и объемы их сборки.

Производитель Название системы Объем сборки Чешуйчатый EBAM® 68711 x 635 x 1600 мм EBAM® 881219 x 89 x 1600 мм EBAM® 110 1778 x 1194 x 1600 ммEBAM®1502794 x 1575 x 1575 ммEBAM® 3005791 x 1219 мм x 1219 мм Optomec ОБЪЕКТИВ 450100 x 100 x 100 мм ОБЪЕКТИВ MR-7300 x 300 x 300 мм ОБЪЕКТИВ 850-R 900 x 1500 x 900 мм ОБЪЕКТИВ 860 Hybrid 860 x 600 x 610 мм Луч По модулю 250400 x 250 x 300 По модулю 400650 x 400 x 400 Magic 8001200 x 800 x 800 InnsTek MX-600 450 x 600 x 350 мм MX-1000 1000 x 800 x 650 мм MX-Grande 4000 x 1000 x 1000 мм DMG Mori (гибрид) LASERTEC 65 3D 735 x 650 x 560 мм

Типичные варианты использования

DED успешно применяется в различных отраслях, включая аэрокосмическую, нефтегазовую, оборонную, морскую и архитектурную. Производители авиакосмической отрасли все чаще используют эту технологию для производства конструктивных деталей для спутников и военных самолетов. Lockheed Martin Space, например, недавно провела квалификацию процесса EBAM Sciaky для создания куполов из титановых топливных баков для спутников. Используя эту технологию, компания смогла сократить время производства компонента на 87% и сократить время выполнения заказа с двух лет до трех месяцев.

DED также рассматривается для конструктивных деталей для коммерческих самолетов. . Одним из примеров является недавно одобренные FAA авиационные титановые детали для Boeing 787 Dreamliner, производимые Norsk Titanium. Норвежская компания использовала свою запатентованную технологию Rapid Plasma Deposition, разновидность технологии DED, которая помогла добиться значительного улучшения соотношения закупок и доходов по сравнению с традиционными методами производства. Теперь, когда титановые детали поступают в серийное производство, Boeing планирует сократить производственные затраты на 2–3 миллиона долларов на самолет.

Помимо производства металлических деталей, технология DED хорошо подходит для ремонта поврежденных деталей. Благодаря прочной металлургической связи и тонкой однородной микроструктуре, которую может создавать DED, можно восстанавливать такие компоненты, как лопатки турбины и вставки инструмента для литья под давлением. Ремонтируя изношенные детали, формы или штампы, DED позволяет значительно сократить время простоя и затраты, связанные с заменой детали, при этом продлевая срок службы детали.

Кроме того, DED можно использовать для изменения деталей. Например, используя технологию нанесения износостойкого наплавочного слоя, можно повысить износостойкость и коррозионную стойкость детали.

Будущее DED

DED предлагает множество преимуществ для отраслей, в которых требуется создание или эффективный ремонт дорогостоящего оборудования и специальных металлических деталей, особенно больших размеров. Заглядывая в будущее, мы ожидаем, что сфера применения этой технологии будет расширяться, особенно в связи с захватывающей тенденцией гибридного производства. Благодаря интеграции с традиционными производственными технологиями, DED может принести успех отраслям, ищущим инновационные и рентабельные производственные возможности.