【機床商務網欄目 科技動態】本文的作者Timothy W. Simpson，前不久一直很朋友在討論使用加法制造(AM)制造大部件的挑戰。具體來說，由于固有成本和構建時間的限制，對大型部件采用了比例粉底熔合(PBF)的工藝。
 

　　定向能沉積(DED)與PBF類似，因為它使用激光(或電子)束來熔化粉末。然而，粉末原料的沉積和熔化方式使其更容易和成本有效地擴展到更大的AM部件。
 

　　根據ASTM/ISO AM術語標準(ISO/ASTM 52900-15)，“DED是一種增材制造工藝，在其過程中，聚焦熱能被用于熔化正在沉積的材料。”雖然激光可能是DED比較受歡迎的“聚焦熱能”來源，但電子束和等離子弧系統很容易從Sciaky和Norsk鈦公司獲得。在以激光為基礎的粉末輸送技術中，熔化的材料是通過小噴嘴或小孔“吹”金屬粉末到激光形成的熔體池中。根據所使用的激光器的功率和類型，激光束被聚焦到一個已知的光斑大小(例如，500瓦激光器的光斑大小為0.5或1毫米，2.5千瓦激光器的光斑大小為1.5或3毫米)。熔池的深度和速度是由激光的掃描速度(或在激光下的構建平臺上的部件的運動)和正在沉積的原料的能量吸收和熱導率所決定的。一個大型的、熱的、移動緩慢的熔池的粉末捕獲率(70%-80%，這是較好的情況)將高于一個更小或更快的移動熔體池(20%-30%的捕獲率，這是差的情況)。
 

　　在這兩種情況下，無論如何，AM部件的熱歷史以及微觀結構和力學性能都是不同的。這是DED所面臨的挑戰之一，也就是調整你的工藝參數以確保快速的構建時間，高效地使用粉末和尺寸精確的部件。
 

　　一旦優化，DED的構建速度往往會比PBF要快一些。與PBF相比，該激光器的光斑尺寸至少為10倍或更大。這等于創建了一個更大的熔化池目標，粉末擊中，熔化和融合在一起。想象一下，如果你試圖在PBF系統中撞擊直徑為50- 75微米的熔體池，粉末的捕獲率會是多少?
 

　　此外，更大的粉末顆粒往往用于DED體系(直徑50- 150微米的DED相比20- 50微米的PBF)，因為它們往往流動地更好，能提供更多的表面積，以加快熔化過程。與PBF相比，ger粉末顆粒還能夠形成更厚的層，這意味著在使用DED時所形成的層更少。
 

 

　　如圖所示的噴嘴。在Ti-6Al-4V的500瓦激光粉末輸送系統上，這個噴嘴只需要大約20分鐘。在我們400瓦的基于激光的PBF系統上構建相同的部件也需要大約20分鐘的激光掃描時間，但是在PBF系統上構建該部件的總時間幾乎是4個小時。為什么會有這么大的差異?有了DED，你只在需要的地方存放材料。激光只需繞噴嘴的圓周運動三到四次就可以形成一層，激光重新定位后，下一層就馬上開始。然而，對于PBF，只能在新一層粉末被擴散后才能開始下一層。所以，如果這個部件是用30微米的層建造的，那么這個45毫米高的噴嘴就有1500層。將層數乘以重涂一層所需的時間(Ti-6Al-4V大約9秒)，重涂時間約為3.67小時。目前的激光PBF系統使用60微米層(在某些系統中為90微米)制造Ti-6Al-4V部件，但這仍然意味著PBF系統上噴嘴的制造時間接近2小時(或90微米層時為1.5小時)。
 

　　雖然DED噴嘴的建造速度更快，但你可以從圖中看到零件表面的光潔度相當粗糙(與砂型鑄造時的效果相當)。因此，你可能需要更多的機械加工來完成DED零件，并滿足相應的規格。所以，許多人認為DED更像是一種“近凈形狀”過程，而不是像PBF那樣的“凈形狀”制造過程。
 

　　(原標題：What Is Directed Energy Deposition?)