الدرس 8.7التشكيل الأوليالفصل 8 · التصنيع الإضافي

الترسيب بالطاقة الموجّهة (DED/LMD)

ليزر يصهر حوضًا على القطعة؛ ومسحوق منفوخ يضيف المعدن (الترسيب بالطاقة الموجّهة)

يضيف الترسيب بالطاقة الموجّهة (DED) المعدن بصهره بالضبط حيث يقع، كشعلة لحام تبني بدل أن تصل. وفي الترسيب المعدني بالليزر (LMD)، وهو أشيع أشكاله، يصهر الليزر حوضًا صغيرًا ويتحول المسحوق المنفوخ إلى معدن جديد. وهو الطريقة المفضلة لإصلاح القطع البالية الغالية وإضافة ميزات إلى قطع موجودة.

الصورة: Lucie Prokešová, CC BY-SA 4.0, عبر Wikimedia Commons

الترسيب المعدني بالليزر · مقطع عرضي للرأس وعملية إصلاح، 5 خطواتالأعلى: مقطع عبر الرأس أثناء تحركه نحو اليمين. الأسفل: عملية إصلاح نموذجية. الأرقام المدوّرة تطابق الخطوات أدناه.

كيف تعمل

صهر حوض صغير. يصهر شعاع ليزر مركّز، عادةً من مئات الواطات إلى بضعة كيلوواطات، بقعة على القطعة. حوض الانصهار هذا (بركة صغيرة من المعدن السائل) بعرض بضعة مليمترات.
نفخ المسحوق. تنفخ فوهات حول الشعاع مسحوقًا معدنيًا دقيقًا في الحوض. ويحمل الأرغون (غاز خامل) المسحوق ويحمي المعدن الساخن من الهواء.
ترك الخرزة تتجمد. يذوب المسحوق في الحوض. وعندما يتحرك الرأس، يبرد المعدن خلفه في جزء من الثانية إلى خرزة (مسار بارز من معدن جديد).
رسم الطبقة ثم الصعود. يوجّه روبوت أو آلة بخمسة محاور (تستطيع أيضًا إمالة القطعة وتدويرها) الرأس على مسار كل طبقة. ثم يرتفع طبقة ويكرر.
التشغيل إلى المقاس. يخرج السطح متموّجًا وأكبر قليلًا من المقاس، فتُفرَّز القطعة أو تُجلخ إلى شكلها النهائي. وفي الإصلاح، يعيد ذلك المحيط الأصلي.

حقائق أساسية

المواد: المعادن القابلة للحام: سبائك التيتانيوم، السبائك الفائقة من النيكل (سبائك مقاومة للحرارة لمحركات الطائرات)، الفولاذ المقاوم للصدأ وفولاذ العدد، سبائك الكوبالت والنحاس. وخلط مسحوقين يتيح التدرج من معدن إلى آخر
القطع النموذجية: ريش توربينات وأعمدة وقوالب مُصلَحة؛ طلاءات مقاومة للتآكل؛ ميزات مضافة إلى قطع موجودة؛ قطع خام قريبة من الشكل النهائي (تحتاج إلى تشغيل خفيف فقط)
حجم القطعة: من بضعة مليمترات من الإصلاح إلى قطع تزيد عن 1 m، بحسب مدى وصول الروبوت أو الآلة
الدقة: نحو ±0.5 mm عند الترسيب؛ والتشغيل النهائي يبلغ به نحو ±0.05 mm
تشطيب السطح: خشن ومتموّج عند الترسيب؛ ولا يصير ناعمًا إلا بعد التشغيل
حجم الدفعة المناسب: القطع المفردة والإصلاحات والدفعات الصغيرة
كلفة العدّة والآلة: لا عدّة. وأنظمة الليزر الصناعية تكلّف عادةً من عدة مئات الآلاف إلى أكثر من مليون دولار
السرعة: عادةً نحو 0.1–2 kg من المعدن في الساعة: أسرع من الصهر على سرير المسحوق، وأبطأ من WAAM

نقاط القوة والحدود

نقاط القوة

يضيف المعدن إلى قطع موجودة، فيمكن إصلاح القطع البالية
يبني قطعًا كبيرة دون سرير مسحوق
يمكنه تبديل المعادن أو مزجها داخل قطعة واحدة
رأس مائل بخمسة محاور يبني نتوءات كثيرة دون دعامات

الحدود

أسطح خشنة: تحتاج تقريبًا كل قطعة إلى تشغيل بعد ذلك
تفاصيل أخشن من الصهر على سرير المسحوق: لا شبكات دقيقة ولا ثقوب صغيرة
الحرارة تسبب إجهادًا وتشوهًا يجب التحكم بهما
ليزر مكلف، والمسحوق المعدني الدقيق خطر حريق وتنفس

أين تُستخدم

الطيرانإصلاح أطراف ريش التوربينات وبليسكات (أقراص ريش من قطعة واحدة)؛ قوالب أولية من التيتانيوم
توليد الطاقةترميم قطع التوربينات والمضخات البالية
النفط والغازكسوة مقاومة للتآكل والصدأ على أدوات الحفر والصمامات
العدد والقوالبإصلاح القوالب وتعديلها بدل استبدالها
الصناعات الثقيلةإعادة بناء الأعمدة والأسطوانات والتروس البالية