Pelajaran 8.7MembentukBab 8 · Manufaktur aditif

Directed energy deposition (DED/LMD)

Laser melelehkan kolam pada komponen; serbuk yang ditiupkan menambah logam (directed energy deposition)

Directed energy deposition (DED) menambah logam dengan melelehkannya tepat di tempat ia mendarat, seperti obor las yang membangun, bukan menyambung. Pada laser metal deposition (LMD), bentuknya yang paling umum, laser melelehkan kolam kecil dan serbuk yang ditiupkan menjadi logam baru. Ini metode andalan untuk memperbaiki komponen aus yang mahal dan menambahkan fitur pada komponen yang sudah ada.

Foto: Lucie Prokešová, CC BY-SA 4.0, melalui Wikimedia Commons

laser metal deposition · penampang kepala dan satu perbaikan, 5 langkahAtas: potongan kepala saat bergerak ke kanan. Bawah: pekerjaan perbaikan khas. Angka dalam lingkaran sesuai dengan langkah-langkah di bawah.

Cara kerjanya

Lelehkan kolam kecil. Berkas laser terfokus, biasanya ratusan watt hingga beberapa kilowatt, melelehkan satu titik pada komponen. Kolam lelehan ini (genangan kecil logam cair) selebar beberapa milimeter.
Tiupkan serbuk. Nosel di sekeliling berkas meniupkan serbuk logam halus ke dalam kolam. Argon (gas inert) membawa serbuk dan melindungi logam panas dari udara.
Biarkan manik membeku. Serbuk meleleh ke dalam kolam. Saat kepala bergerak maju, logam di belakangnya mendingin dalam sepersekian detik menjadi manik (jalur timbul dari logam baru).
Telusuri lapisan, lalu naik satu tingkat. Robot atau mesin 5 sumbu (yang juga bisa memiringkan dan memutar komponen) memandu kepala sepanjang jalur setiap lapisan. Lalu naik satu lapisan dan mengulang.
Mesin hingga ukuran. Permukaan keluar dengan riak dan sedikit berlebih ukuran, sehingga komponen difrais atau digerinda ke bentuk akhirnya. Pada perbaikan, ini memulihkan kontur asli.

Fakta kunci

Material: Logam yang dapat dilas: paduan titanium, superalloy nikel (paduan tahan panas untuk mesin jet), baja tahan karat dan baja perkakas, paduan kobalt dan tembaga. Mencampur dua serbuk bisa mengubah satu logam secara bertahap menjadi logam lain
Komponen khas: Bilah turbin, poros, dan cetakan yang diperbaiki; pelapis tahan aus; fitur yang ditambahkan pada komponen yang ada; blank near-net-shape (mendekati bentuk akhir, hanya butuh permesinan ringan)
Ukuran komponen: Dari perbaikan beberapa milimeter hingga komponen lebih dari 1 m, dibatasi jangkauan robot atau mesin
Presisi: Sekitar ±0,5 mm saat diendapkan; permesinan akhir membawanya ke sekitar ±0,05 mm
Hasil permukaan: Kasar dan berriak saat diendapkan; halus hanya setelah dimesin
Ukuran batch yang cocok: Pekerjaan satuan, perbaikan, dan batch kecil
Biaya perkakas dan mesin: Tanpa perkakas. Sistem laser industri biasanya berharga beberapa ratus ribu hingga lebih dari satu juta dolar
Kecepatan: Biasanya sekitar 0,1–2 kg logam per jam: lebih cepat daripada powder-bed fusion, lebih lambat daripada WAAM

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Menambah logam pada komponen yang ada, sehingga komponen aus bisa diperbaiki
Membangun komponen besar tanpa powder bed
Bisa berganti atau memadukan logam dalam satu komponen
Kepala 5 sumbu yang memiring membangun banyak overhang tanpa penyangga

Batasan

Permukaan kasar: hampir setiap komponen butuh permesinan setelahnya
Detail lebih kasar daripada powder-bed fusion: tanpa kisi halus atau lubang kecil
Panas menyebabkan tegangan dan distorsi yang harus dikelola
Laser mahal, dan serbuk logam halus berbahaya karena api dan pernapasan

Di mana dipakai

DirgantaraMemperbaiki ujung bilah turbin dan blisk (cakram berbilah satu bagian); preform titanium
Pembangkit listrikMemulihkan komponen turbin dan pompa yang aus
Minyak dan gasCladding tahan aus dan korosi pada perkakas bor dan katup
PerkakasMemperbaiki dan memodifikasi cetakan dan die alih-alih menggantinya
Industri beratMembangun kembali poros, rol, dan roda gigi yang aus

Cara mengenalinya

Riak halus dan sejajar di permukaan, satu untuk setiap manik yang diletakkan oleh satu lintasan kepala.
Garis batas tempat logam baru bertemu komponen asli, terlihat pada potongan atau permukaan yang dipoles.
Permukaan hasil mesin tepat di samping permukaan kasar dan bergelombang pada komponen yang sama.
Dinding tebal dengan tepi membulat berbentuk manik, bukan sudut tajam.

Bandingkan dengan

Laser powder bed fusion8.4juga melelehkan serbuk logam dengan laser, tetapi dalam lapisan tipis yang disebarkan: detail lebih halus, komponen lebih kecil, tanpa perbaikan.WAAM8.8gagasan pembangunan yang sama dengan busur las dan kawat: lebih murah dan lebih cepat, tetapi lebih kasar.Pengelasan busur7.1DED pada dasarnya adalah pengelasan otomatis, menumpuk manik menjadi bentuk, bukan mengisi sambungan.

Tonton

3Dnatives · Tur pemula dua menit tentang DED, materialnya, dan kegunaannya

AM Media | The Cool Parts Show · Seorang ahli membandingkan umpan serbuk dan kawat dan menjelaskan mengapa kepala 5 sumbu tidak butuh penyangga

AM Media | The Cool Parts Show · Pekerjaan perbaikan nyata: logam baru diletakkan di ujung bilah yang aus

Vision Miner · Versi umpan kawat dari laser deposition sedang bekerja

Lihat foto asli

Wikipedia: Directed energy deposition — cara kerja versi umpan serbuk dan umpan kawat; sedikit foto
Pencarian foto Wikimedia Commons

Ingat

DED melelehkan logam tepat di tempat ia ditambahkan, memakai sumber panas terfokus dan serbuk atau kawat.
Unggul untuk memperbaiki dan menambah komponen yang ada, dan untuk membangun bentuk besar yang kasar.
Rencanakan permesinan: komponen keluar dari mesin dengan riak dan sedikit berlebih ukuran.