Name: production of single tracks of ti-6al-4v by directed energy deposition to determine the layer thickness for multilayer deposition
Uploaded: 2018-03-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 12 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Production of Single Tracks of Ti-6Al-4V by Directed Energy Deposition to Determine the Layer Thickness for Multilayer Deposition at JoVE.com

Die Autoren möchte das europäische Forschungsprojekt Zugehörigkeit zu Forschung und Innovation Programm Horizont 2020 Borealis - 3A Energieklasse Flexible Maschine für die neue Additive und subtraktive Herstellung auf die nächste Generation von komplexen 3D anerkennen Metallteile

1. Pulver Charakterisierung
<ol><li>Setzen Sie 3 g Ti-6Al-4V Pulver auf einem doppelseitigen klebrige Kohlenstoff-Band, die befindet sich auf einem Aluminium-Pin-Stub, und legen Sie in der Probenkammer ein Feldemission Raster-Elektronenmikroskop (FESEM) zu analysieren, die Morphologie der Pulver-16zu beginnen.</li>
	<li>Messen Sie die scheinbare Dichte des Pulvers durch Befüllung eines Behälters 30 cm3 und Messen Sie das Gewicht der Pulver nach der Norm ASTM-B212.</li>
	<li>Durchzuführen Sie chemische Analyse des Beginnens Pulver (5-10 g), Pulver (5-10 g) und hinterlegten Block (20 g) mittels elementar (z.B.Leco) und induktiv gekoppelten Plasma (ICP) Analysator17.</li>
</ol>(2) gerichtete Energie Ablagerung von Singletrails
<ol><li>
Pulver-laden
	<ol>
<li>Tragen Sie persönlichen Schutzausrüstung, einschließlich eine FFP3 Atemmaske konform zu den Anforderungen der EN 149, Einweg puderfrei Nitril-Handschuhe und Schutzbrille aus Kunststoff.</li>
		<li>Öffnen Sie den Trichter des Pulvers Fütterungssystem und verwenden Sie eine Dunstabzugshaube (z.B.ATEX) zur Entfernung der restlichen Pulver.</li>
		<li>Entfernen Sie den Trichter, indem nach den entsprechenden Anweisungen vom Konstruktor und reinigen Sie jede Komponente mit Ethanol getränkten Küchenpapier. Hinweis: Dieser Schritt ist von grundlegender Bedeutung zur Vermeidung von Kontaminationen durch verschiedene Arten von Metallpulvern.</li>
		<li>Montieren Sie das Pulver Aufgabetrichter anhand der Anweisungen durch den Konstruktor gegeben. Um das Laden des Pulvers führen lassen Sie nur die obere Kappe des Trichters beiseite.</li>
		<li>Laden Sie den Trichter mit Ti-6Al-4V Pulver mit Körnung im Bereich von 50-150 µm. abhängig von der Größe des verfügbaren Trichters, füllen Sie es vollständig aus.</li>
		<li>Schließen Sie die obere Kappe des Trichters zur Vermeidung von Undichtigkeiten Gas sehr dicht.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Probe
	<ol>
<li>Wählen Sie eine Ti-6Al-4V-Blatt mit den Abmessungen 50 x 50 mm und 4 mm Dicke.</li>
		<li>Reinigen Sie die Oberfläche des Blattes Titan mit Ethanol getränkten Küchenpapier. Messen Sie das Gewicht des Blattes mit einer centesimal Balance.</li>
		<li>Legen Sie das Blatt auf den Arbeitsbereich entsprechend der Position des Markers. Der Arbeitsbereich ist, wo die Ablagerung stattfinden wird, so dass es gemäß dem programmierten Pfad des Roboters bestimmt ist.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Roboter und die Vorbereitung der Ablagerung Ausrüstung
	<ol>
<li>Montieren Sie die Düse auf den Laserkopf, so dass der Winkel zwischen der Achse der Düse und der Laser-Achse 35° ist.</li>
		<li>Bewegen Sie den Roboter an den Ausgangspunkt der arbeiten die Kalibrierung.</li>
		<li>Überprüfen Sie den Abstand zwischen Düse und die Arbeitsebene und bei Bedarf manuell korrigieren Sie die Düsenposition bis der gemessene Abstand 5 mm beträgt. Hinweis: Da der Arbeitsbereich auf einer horizontalen Ebene liegt, dieser Abstand ist der vertikale Abstand zwischen dem Blech und die Spitze der Düse.</li>
		<li>Überprüfen Sie die Zentrierung des Düsenaustritt mit dem Laser: Schalten Sie den Laser Guide durch Klicken auf den Befehl "Laser Guide ON" auf die Software für die Steuerung des Lasers. Legen Sie einen dünnen Stab, 0,8 mm Durchmesser und 200 mm in der Länge, in der Düse zu messen. Stellen Sie sicher, dass die Spitze des Stabes und der Ort des Laser Guide sind deckungsgleich. Wenn dies nicht der Fall ist, manuell die Position der Düse, Einhaltung der Abstände und Winkel, die zuvor angegeben. Hinweis: In diesem Fall ist der äußere Durchmesser der Düse 1 mm; Wenn eine Düse mit kleinerem Durchmesser eingesetzt wird, verwenden Sie einen Stab, deren Durchmesser kleiner als die der Düse ist.</li>
		<li>Überprüfen Sie die Kalibrierdaten in die Roboter-Steuersoftware geschrieben: Klicken Sie auf den Button "Bewerben" auf der Software, und warten auf die Zusammenstellung des Codes. Hinweis: Die Software wird nach Fehlern im Code überprüfen; Wenn keine Fehler erkannt werden, ist der Code auf der Robotersteuerung gespeichert. Wenn Fehler entdeckt werden, der Code wird nicht kompiliert, und weitere Überarbeitung benötigt werden.</li>
		<li>Aktivieren Sie das Lasermodul Quelle durch Klicken auf den Befehl "Laser aktivieren" auf die Laser-Steuerungs-Software. Hinweis: Die eingesetzten Laserquelle ist eine kontinuierliche Faserlaser emittieren im Infrarotbereich (1064 nm) mit 5 kW Maximalleistung.</li>
		<li>Der Roboter Motoren durch manuell drücken des Knopfes "Roboter Motoren auf" am Schaltschrank des Roboters zu ermöglichen, und überprüfen Sie, dass die damit verbundene Sicherheit LED leuchtet: Wenn es bedeutet also, dass die Motoren aktiviert sind.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Starten Sie den Prozess der Ablagerung
	<ol>
<li>Wählen Sie die richtige Datei auf die bestehende Programmliste und laden Sie den Arbeitspfad in der wichtigsten Roboter-Routine.</li>
		<li>Überprüfen Sie die Parameter für Laser und Roboter: Legen Sie die Laserleistung auf spezifische Laserleistung (325, 650, 980, 1500 W) und die Robotergeschwindigkeit auf einer bestimmten Drehzahl (30, 40, 50, 60 mm/s). Hinweis: Diese Parameter werden in die Steuersoftware des Roboters, entsprechend der spezifischen Sprache der Maschine geschrieben.</li>
		<li>Bestätigen Sie die neuen Parameter durch Drücken der Taste "Übernehmen" auf die Software, und warten auf die Zusammenstellung des Codes. Die Software wird für Fehler im Code überprüfen; Wenn kein Fehler gefunden werden, der Code wird auf der Robotersteuerung gespeichert und es ist bereit, ins Leben gerufen werden. Starten Sie die Roboter-Routine durch Drücken der Taste "START" auf die Roboter-Steuerungs-Software.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Die Probe mithilfe der speziellen Nipper holen Sie ab, und reinigen Sie die Oberfläche der Probe mit einem Ethanol-getränkten Papiertuch für das restliche Pulver entfernen.</li>
</ol>3. analysieren Sie die einzelnen Tracks
<ol><li>Analysieren Sie die einzelnen Tracks von oben durch ein Stereo-Mikroskop bei 5 X Vergrößerung. Hinweis: In dieser Phase sind einige Bilder mittels eines Stereomikroskops entnommen und visuell analysiert.</li>
	<li>Schneiden der einzelnen Tracks aus der Mitte der hinterlegten Strecken mit einem präzisen Schneidwerkzeug senkrecht zur Ablagerung.</li>
	<li>Montieren Sie den Querschnitt eines einzelnen Tracks in Epoxidharz. Wählen Sie eine Montage-Tasse und entgegenbringen Sie die saubere und trockene Probe. Messen Sie die richtigen Mengen an Harz sorgfältig nach Gewicht (10 g/Probe) und dann mischen Sie mit einem flüssigen Härters (6 g/Probe). Das Exemplar der Harzmischung übergießen und die gefüllten Montage Tassen 30 min bei Raumtemperatur aushärten lassen. Danach Schleifen die montierte Exemplare mit 500, 800 und 1.200 Grit SiC-Papier, und dann Polieren mit Diamantpaste bis auf die feineren Größen der Diamantpartikel (1 µm).</li>
	<li>Analysieren Sie die polierten Oberflächen in Bezug auf Form und Porosität mit Hilfe des optischen Mikroskops. Die Bilder der Schmelze Pools mit dem Lichtmikroskop bei 10facher Vergrößerung zu erwerben und dann analysieren sie mit Bild-J-Software.</li>
	<li>Messen Sie die Höhe der Schmelze Pools durch Messung der Entfernung zwischen dem oberen und unteren Rand der Schmelze Pool. Danach zeichnen Sie die gemessene Höhe der Schmelze Pools als Funktion der spezifischen Energiedichte, die nach der entsprechenden Gleichung berechnet wird. In der Tat kann die Energiedichte durch die folgende Gleichung berechnet werden: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56966/56966eq1.jpg">
</li>
	<li>Passen Sie eine Polynom 2Nd Ordnung auf den experimentellen Ergebnissen die Gleichung entspricht der Schichtdicke in Abhängigkeit von spezifischen Energiedichte zu erhalten.</li>
	<li>Betrachten Sie eine spezifische Energiedichte zu, und berechnen Sie die Schichtdicke entsprechend ihrer Beziehung, die im vorherigen Schritt beobachtet wurde.</li>
	<li>Überprüfen die Methode, einen mehrlagigen Block unter Berücksichtigung der berechneten Schichtdicke herzustellen, und dann charakterisieren den Abschnitt von Blöcken in Bezug auf die Porosität und endgültige Höhe.</li>
	<li>Analysieren Sie die Mikrostruktur des vorgefertigten Blocks nach einer Politur die gleiche Prozedur wie Abschnitt 3.3 Schritt. In der Tat nach dem abschließenden Polieren, Ätzen die Proben für 30 s mit Krolls Reagenz, das 92 mL destilliertem Wasser, 6 mL Salpetersäure und Flusssäure 2 mL enthält.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Banerjee, D., Williams, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perspectives+on+Titanium+Science+and+Technology.">Perspectives on Titanium Science and Technology.</a> Acta Mater. 61 (3), 844-879 (2013).</li><li>Peters, M., Leyens, C., Peters, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Titanium and Titanium Alloys. , (2003).</li><li>Lin, J., Lv, Y., Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructural+evolution+and+mechanical+property+of+Ti-6Al-4V+wall+deposited+by+continuous+plasma+arc+additive+manufacturing+without+post+heat+treatment.">Microstructural evolution and mechanical property of Ti-6Al-4V wall deposited by continuous plasma arc additive manufacturing without post heat treatment.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 69 (December 2016), 19-29 (2017).</li><li>Saboori, A., Gallo, D., Biamino, S., Fino, P., Lombardi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Overview+of+Additive+Manufacturing+of+Titanium+Components+by+Directed+Energy+Deposition:+Microstructure+and+Mechanical+Properties.">An Overview of Additive Manufacturing of Titanium Components by Directed Energy Deposition: Microstructure and Mechanical Properties.</a> Appl Sci. 7 (9), (2017).</li><li>Wu, X., Liang, J., Mei, J., Mitchell, C., Goodwin, P. S., Voice, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructures+of+laser-deposited+Ti-6Al-4V.">Microstructures of laser-deposited Ti-6Al-4V.</a> Mater Des. 25 (2), 137-144 (2004).</li><li>Trevisan, F., Calignano, F., Aversa, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+manufacturing+of+titanium+alloys+in+the+biomedical+field:+processes,+properties+and+applications.">Additive manufacturing of titanium alloys in the biomedical field: processes, properties and applications.</a> J Appl Biomater Funct Mater. , (2017).</li><li>Mahamood, R. M., Akinlabi, E. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+speed+and+powder+flow+rate+influence+on+the+properties+of+laser+metal+deposition+of+titanium+alloy.">Scanning speed and powder flow rate influence on the properties of laser metal deposition of titanium alloy.</a> Int J Adv Manuf Technol. 91 (5-8), (2017).</li><li>Shim, D., Baek, G., Seo, J., Shin, G., Kim, K., Lee, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+layer+thickness+setting+on+deposition+characteristics+in+direct+energy+deposition+(+DED+)+process.">Effect of layer thickness setting on deposition characteristics in direct energy deposition ( DED ) process.</a> Opt Laser Technol. 86, 69-78 (2016).</li><li>Gharbi, M., Peyre, P., Gorny, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+various+process+conditions+on+surface+finishes+induced+by+the+direct+metal+deposition+laser+technique+on+a+Ti-6Al-4V+alloy.">Influence of various process conditions on surface finishes induced by the direct metal deposition laser technique on a Ti-6Al-4V alloy.</a> J Mater Process Technol. 213 (5), 791-800 (2013).</li><li>Davim, J. P., Oliveira, C., Cardoso, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+the+geometric+form+of+clad+in+laser+cladding+by+powder+using+multiple+regression+analysis+(MRA).">Predicting the geometric form of clad in laser cladding by powder using multiple regression analysis (MRA).</a> Mater Des. 29 (2), 554-557 (2008).</li><li>Kobryn, P. A., Moore, E. H., Semiatin, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effect+Of+Laser+Power+And+Traverse+Speed+On+Microstructure,+Porosity,+And+Build+Height+In+Laser-Deposited+Ti-6Al-4V.">The Effect Of Laser Power And Traverse Speed On Microstructure, Porosity, And Build Height In Laser-Deposited Ti-6Al-4V.</a> Scripta Materialia. 43, 299-305 (2000).</li><li>Bi, G., Gasser, A., Wissenbach, K., Drenker, A., Poprawe, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+process+control+for+the+direct+laser+metallic+powder+deposition.">Characterization of the process control for the direct laser metallic powder deposition.</a> Surf Coatings Technol. 201 (6), 2676-2683 (2006).</li><li>Choi, J., Chang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristics+of+laser+aided+direct+metal/material+deposition+process+for+tool+steel.">Characteristics of laser aided direct metal/material deposition process for tool steel.</a> Int J Mach Tools Manuf. 45 (4-5), 597-607 (2005).</li><li>Ruan, J., Tang, L., Liou, F. W., Landers, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Three-Dimensional+Layer+Metal+Deposition.">Direct Three-Dimensional Layer Metal Deposition.</a> J Manuf Sci Eng. 132 (6), 64502-64506 (2010).</li><li>Chen, X., Tao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maximum+thickness+of+the+laser+cladding.">Maximum thickness of the laser cladding.</a> Key Eng Mater. 46, 381-386 (1989).</li><li>Slotwinski, J. A., Garboczi, E. J., Stutzman, P. E., Ferraris, C. F., Watson, S. S., Peltz, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Metal+Powders+Used+for+Additive+Manufacturing.">Characterization of Metal Powders Used for Additive Manufacturing.</a> J Res Natl Inst Stand Technol. 119, 460-493 (2014).</li><li>Manfredi, D., Calignano, F., Krishnan, M., Canali, R., Ambrosio, E. P., Atzeni, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Powders+to+Dense+Metal+Parts:+Characterization+of+a+Commercial+AlSiMg+Alloy+Processed+through+Direct+Metal+Laser+Sintering.">From Powders to Dense Metal Parts: Characterization of a Commercial AlSiMg Alloy Processed through Direct Metal Laser Sintering.</a> Materials. 6 (3), 856-869 (2013).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Dabei lag der Schwerpunkt auf das slicing Dicke setzen in der DED-Prozess der Ti-6Al-4V, entsprechend der Geometrie der Schmelze Pool Eigenschaften. Zu diesem Zweck wurde ein zweistufiges Protokoll definiert und verwendet. Der erste Teil des Protokolls war eine Optimierung der Prozessparameter für Einzelscan Ablagerung während dieses Schrittes, die optimalen Parameter wurden erreicht und die Schmelze Pool Geometrien wurden gemessen. Im zweiten Teil des Protokolls wurde die spezifische Energiedichte von Proben bei der o...

TI-6Al-4V ist die am häufigsten verwendeten Ti-Legierung in der Luft-und Raumfahrt, Flugzeuge, Automobile, und biomedizinischen Industrie wegen seiner hohen Stärke-zugewicht Verhältnis, ausgezeichnete Bruchzähigkeit, geringes spezifisches Gewicht, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Wärme Behandelbarkeit. Seine Weiterentwicklungen in anderen Anwendungen sind herausfordernd, führen jedoch aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit und hohe Reaktivität Funktionen, die seine schlechte Zerspanbarkeit. Darüber hinaus muss wegen der Hitze aushärten Phänomene beim Schneiden, eine spezifische Wärmebehandlung durchgeführt1,2,3,4sein.
Dennoch zeigten Additive manufacturing (AM) Technologien großes Potential als neue Fertigungstechniken verwendet werden, die den Preis und Energieverbrauch reduzieren und einige der aktuellen Herausforderungen in der Herstellung der Legierung Ti-6Al-4V ansprechen können.
Additive Fertigungsverfahren sind bekannt als innovativ und ein in der Nähe von net Shape fabrizieren können Komponenten in einer Schicht für Schicht-Mode. Eine Schicht für Schicht additive Fertigung, die Scheiben ein Computer Aided Design (CAD) Modell in dünnen Schichten und baut dann das Bauteil Schicht für Schicht, ist das Fundament für alle AM Verfahren. Im Allgemeinen kann additiver Fertigung metallischer Werkstoffe in vier verschiedene Prozesse unterteilt werden: Pulver, Bett, Pulverförderung (geblasene Pulver), Drahtvorschub und andere Routen3,5,6.
Energy Deposition (DED) ist eine Klasse der additiven Fertigung und ist ein geblasen Pulver-Prozess, der dreidimensionale (3D) fertigt in der Nähe von Netto Form festen Teile aus einer CAD-Datei ähnlich wie bei anderen Methoden AM gerichtet. Im Gegensatz zu anderen Techniken DED kann nicht nur als ein Herstellungsverfahren verwendet werden, aber auch als eine Reparatur Technik für hochwertige Bauteile eingesetzt werden. Dabei DED metallische Pulver oder Draht Material wird durch eines Trägergases zugeführt oder Motoren in den Pool der Schmelze, die durch den Laser erzeugt wird Strahlen entweder auf das Substrat oder zuvor Schicht abgelagert. Der DED-Prozess ist eine vielversprechende fortschrittliche Herstellungsverfahren, die ist in der Lage das Buy-to-Fly-Verhältnis abnimmt, und ist auch in der Lage, hochwertige Teile, die bisher zu teuer, zu ersetzen oder irreparable7zu reparieren.
Um die gewünschten geometrischen Abmessungen und Materialeigenschaften zu erreichen, ist es wichtig, die entsprechenden Parameter8zu etablieren. Verschiedene Studien wurden durchgeführt, um die Beziehung zwischen der Prozessparameter und die Endeigenschaften des hinterlegten Beispiels erläutern. Peyre Et al. 9 einige dünne Wände mit unterschiedlichen Prozessparametern gebaut, und sie dann mithilfe von 2D und 3D Profilometry gekennzeichnet. Sie zeigten, dass die Schichtdicke und Schmelze Pool Volumen der Rauheitsparameter merklich beeinflussen. Vim Et Al. 10 schlug ein Modell um das Verhältnis zwischen der Prozessparameter und geometrischen Eigenschaften eines einzigen Verkleidung Layers (bekleideten Höhe, bekleideten Breite und Tiefe des Durchgriffes) zu analysieren.
Bis heute wurden mehrere Studien zu DED Ti wurden Legierungen gemeldet, die meisten davon auf den Einfluss der Kombination von Parametern auf Eigenschaften des massiven Proben11,12,4konzentriert. Rasheedat Et Al. untersuchten die Wirkung von Scan-Geschwindigkeit und Pulver-Durchfluss auf die daraus resultierenden Eigenschaften der Laser hinterlegten Ti-6Al-4V Metalllegierung. Sie fanden, dass durch Erhöhung der Scan-Geschwindigkeit und Pulver Durchfluss der Mikrostruktur von Widmanstätten auf ein Martensitisches Gefüge geändert bewirkt eine Erhöhung der Oberflächenrauheit und der Mikrohärte von hinterlegten Proben7. Dennoch hat weniger Aufmerksamkeit zu entwerfen die Layereinstellung Dicke. Choi Et al.. die Korrelation zwischen der Schichtdicke und Prozessparameter untersucht. Sie haben festgestellt, dass die wichtigsten Fehlerquellen zwischen der gegenwärtigen Höhe und die tatsächliche Höhe der Pulver Massenstrom Rate und Schichtdicke13einstellen. Ihr Studium hat nicht richtig dicke Layereinstellung implementiert, weil sie lange und ungenau Prozesse in dicke Layereinstellung beteiligt. Ruan Et Al. haben die Wirkung von Laser-scanning-Geschwindigkeit auf der abgeschiedenen Schichthöhe bei konstanter Laserleistung und Pulver Fütterung Rate14untersucht. Sie haben einige empirische Modelle vorgeschlagen, für dicke Layereinstellung, die unter bestimmten Verarbeitungsbedingungen gewonnen wurden, und so dicke Layereinstellung möglicherweise nicht präzise durch den Einsatz von spezifischen Prozess Parameter15. Im Gegensatz zu früheren Werken ist die Schichtdicke Prozess vorgeschlagen, in diesem Manuskript eine schnelle Methode, die ausgeführt werden kann, ohne Verschwendung von Zeit und Material.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist eine schnelle Methode zur Bestimmung der Schichtdicke anhand der Merkmale der einzelnen Tracks der Legierung Ti-6Al-4V bei optimalen DED Prozessparameter zu entwickeln. Danach werden die optimalen Prozessparameter eingesetzt, um eine Schichtdicke zu bestimmen und High-Density-Ti-6Al-4V Blöcke ohne verschwenden Zeit und Materialien zu fertigen.

<table><tbody><tr><td>Ti-6Al-4V powder</td><td>Xi&amp;rsquo;Tianrui new material</td><td></td><td>As starting material</td></tr><tr><td>ISOMET precision cutter</td><td>Bohler</td><td></td><td>To cut the samples</td></tr><tr><td>Polishing machine</td><td>Presi</td><td></td><td>To polish the samples</td></tr><tr><td>EpoFix resin</td><td>Presi</td><td></td><td>To mount the samples</td></tr><tr><td>Diamond paste</td><td>Presi</td><td></td><td>For polishing</td></tr><tr><td>Optical Microscope</td><td>Leica</td><td></td><td>Microstructural observation</td></tr><tr><td>Field emission scanning electron microscope</td><td>Merlin-Zeiss</td><td></td><td>Microstructural observation</td></tr><tr><td>Stereo microscope</td><td>Leica</td><td></td><td></td></tr><tr><td>LEC1- CS444 ANALYSER</td><td>IncoTest</td><td></td><td>Chemical analysis</td></tr><tr><td>LEC3 - ELTRA OHN2000 ANALYSER</td><td>IncoTest</td><td></td><td>Chemical analysis</td></tr><tr><td>LEC2 - LECO TC436AR ANALYSER</td><td>IncoTest</td><td></td><td>Chemical analysis</td></tr><tr><td>ICP</td><td>IncoTest</td><td></td><td>Chemical analysis</td></tr><tr><td>IRB 4600</td><td>ABB</td><td></td><td>Antropomorphic robot</td></tr><tr><td>GTV PF</td><td>GTV</td><td></td><td>Powder feeding system</td></tr><tr><td>YW 52</td><td>Precitec</td><td></td><td>Laser head</td></tr><tr><td>Nozzles</td><td>IRIS</td><td></td><td>Nozzle for feeding powders</td></tr><tr><td>YLS 3000</td><td>IPG Photonics</td><td></td><td>Laser source</td></tr></tbody></table>

production of single tracks of ti-6al-4v by directed energy deposition to determine the layer thickness for multilayer deposition

Directed Energy Deposition (DED), die eine additive Fertigungstechnik ist, die Schaffung ein Schmelzbad mit einem Laserstrahl macht wo Metallpulver als Partikel injiziert wird. Im Allgemeinen wird diese Technik eingesetzt, um entweder fabrizieren oder andere Komponenten zu reparieren. Bei dieser Technik werden die endgültigen Eigenschaften von vielen Faktoren beeinflusst. In der Tat ist eine der Hauptaufgaben im Bauteile von DED die Optimierung der Prozessparameter (z. B. Laserleistung, Laser-Geschwindigkeit, Konzentration, etc.), die in der Regel durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt wird. Allerdings ist diese Art von Experiment extrem langwierig und kostspielig. So, um den Optimierungsprozess zu beschleunigen, wurde eine Untersuchung durchgeführt, um eine Methode basiert auf der Schmelze Pool Charakterisierungen zu entwickeln. In der Tat in diesen Experimenten wurden Singletrails von Ti-6Al-4V abgelagert durch einen DED-Prozess mit mehreren Kombinationen der Laserleistung und Laser-Geschwindigkeit. Oberflächenmorphologie und Abmessungen der einzelnen Tracks wurden analysiert und geometrische Eigenschaften der Schmelze Pools wurden ausgewertet nach Polieren und Ätzen der Querschnitte. Hilfreiche Informationen zur Auswahl der optimalen Prozessparameter kann durch die Untersuchung der Schmelze Pool Funktionen erreicht werden. Diese Experimente werden ausgebaut, um größere Blöcke mit mehreren Ebenen zu charakterisieren. Tatsächlich beschreibt diese Handschrift, wie es wäre möglich, die Schichtdicke für die massive Ablagerung schnell zu ermitteln, und vermeiden Sie über oder unter Abscheidung entsprechend der berechneten Energiedichte der optimalen Parameter. Abgesehen von den über oder unter Abscheidung sind Zeit- und Materialaufwand sparen die anderen großen Vorteile dieses Ansatzes, in dem die Ablagerung von mehrschichtigen Bauteilen ohne irgendwelche Parameteroptimierung in Bezug auf die Schichtdicke gestartet werden kann.

Für die experimentellen Untersuchungen wurde unregelmäßig Ti-6Al-4V-Pulver mit einer durchschnittlichen Größe von 50-150 µm und Rohdichten von 1,85 g/cm3 als Hinterlegung Material (Abbildung 1) eingesetzt. Die chemische Analyse des Pulvers bestätigt, dass der Sauerstoff und Stickstoff Inhalt des Pulvers nicht geändert haben, vor und nach der Abscheidung, während in beiden Fällen der Sauerstoffgehalt höher als der standard Sauerstoffgehal...

Watch this Scientific Journal Video about Production of Single Tracks of Ti-6Al-4V by Directed Energy Deposition to Determine the Layer Thickness for Multilayer Deposition at JoVE.com

Production of Single Tracks of Ti-6Al-4V by Directed Energy Deposition to Determine the Layer Thickness for Multilayer Deposition

In dieser Forschung ist eine schnelle Methode basiert auf Schmelze Pool Charakterisierung entwickelt, um die Schichtdicke der Ti-6Al-4V Komponenten hergestellt durch gerichtete Energie Ablagerung zu schätzen.

Produktion von Singletrails von Ti-6Al-4V durch gerichtete Energie Ablagerung zur Ermittlung der Schichtdicke für mehrschichtige Deposition

Directed Energy Deposition (DED), which is an additive manufacturing technique, involves the creation of a molten pool with a laser beam where metal ...

production-single-tracks-ti-6al-4v-directed-energy-deposition-to

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

9.2K Aufrufe.  Politecnico di Torino. In dieser Forschung ist eine schnelle Methode basiert auf Schmelze Pool Charakterisierung entwickelt, um die Schichtdicke der Ti-6Al-4V Komponenten hergestellt durch gerichtete Energie Ablagerung zu schätzen.

Serie: Production of Single Tracks of Ti-6Al-4V by Directed Energy Deposition to Determine the Layer Thickness for Multilayer Deposition

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

Herstellung von transparenten leitenden Oxide durch Pulsed Laser Deposition Nano-engineered

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Forschung

Ingenieurwesen

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and entanglement, to solve certain problems exponentially faster than with the best known algorithms on a classical computer. Gate-defined lateral quantum dots on GaAs/AlGaAs are one of many avenues explored for the implementation of a qubit. When properly fabricated, such a device is able to trap a small number of electrons in a certain region of space. The spin states of these electrons can then be used to implement the logical 0 and 1 of the quantum bit. Given the nanometer scale of these quantum dots, cleanroom facilities offering specialized equipment- such as scanning electron microscopes and e-beam evaporators- are required for their fabrication. Great care must be taken throughout the fabrication process to maintain cleanliness of the sample surface and to avoid damaging the fragile gates of the structure. This paper presents the detailed fabrication protocol of gate-defined lateral quantum dots from the wafer to a working device. Characterization methods and representative results are also briefly discussed. Although this paper concentrates on double quantum dots, the fabrication process remains the same for single or triple dots or even arrays of quantum dots. Moreover, the protocol can be adapted to fabricate lateral quantum dots on other substrates, such as Si/SiGe.

This paper presents a detailed fabrication protocol for gate-defined semiconductor lateral quantum dots on gallium arsenide heterostructures. These nanoscale devices are used to trap few electrons for use as quantum bits in quantum information processing or for other mesoscopic experiments such as coherent conductance measurements.

Nanofabrication von Tor-definiert GaAs / AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

Atomar definierte Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Chemie

Formation of Thick Dense Yttrium Iron Garnet Films Using Aerosol Deposition

Aerosol deposition (AD) is a thick-film deposition process that can produce layers up to several hundred micrometers thick with densities greater than 95% of the bulk. The primary advantage of AD is that the deposition takes place entirely at ambient temperature; thereby enabling film growth in material systems with disparate melting temperatures. This report describes in detail the processing steps for preparing the powder and for performing AD using the custom-built system. Representative characterization results are presented from scanning electron microscopy, profilometry, and ferromagnetic resonance for films grown in this system. As a representative overview of the capabilities of the system, focus is given to a sample produced following the described protocol and system setup. Results indicate that this system can successfully deposit 11 &#181;m thick yttrium iron garnet films that are &#160;&#62; 90% of the bulk density during a single 5 min deposition run. A discussion of methods to afford better control of the aerosol and particle selection for improved thickness and roughness variations in the film is provided.

This report describes the use of a custom-built system to perform aerosol deposition of thick films of yttrium iron garnet onto sapphire substrates at RT. The deposited films are characterized using scanning electron microscopy, profilometry, and ferromagnetic resonance to give a representative overview of the capabilities of the technique.

Bildung starker dichter Yttriumeisengranat Films Mit Aerosol Deposition

Aerosol deposition (AD) is a thick-film deposition process that can produce layers up to several hundred micrometers thick with densities greater than 95% ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

Atomar Traceable Nanostrukturen

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Herstellung von Niedertemperatur-Carbon Nanotube Vertikale Verbindungen Kompatibel mit Halbleitertechnik

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

Herstellung von ultra-dünnen Farbfilm mit stark absorbierenden Medien mit schrägen Winkel Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide electronics community. One of its hallmark features is the existence of a critical LAO thickness of 4 unit-cells (uc) for interfacial conductivity to emerge. Although electrostatic mechanisms have been proposed in the past to describe the existence of this critical thickness, the importance of chemical defects has been recently accentuated. Here, we describe the growth of metal/LAO/STO heterostructures in an ultra-high vacuum (UHV) cluster system combining pulsed laser deposition (to grow the LAO), magnetron sputtering (to grow the metal) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We study step by step the formation and evolution of the q2DES and the chemical interactions that occur between the metal and the LAO/STO. Additionally, magnetotransport experiments elucidate on the transport and electronic properties of the q2DES. This systematic work not only demonstrates a way to study the electrostatic and chemical interplay between the q2DES and its environment, but also unlocks the possibility to couple multifunctional capping layers with the rich physics observed in two-dimensional electron systems, allowing the fabrication of new types of devices.

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

We fabricate metal/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures using a combination of pulsed laser deposition and in situ magnetron sputtering. Through magnetotransport and in situ X-ray photoelectron spectroscopy experiments, we investigate the interplay between electrostatic and chemical phenomena of the quasi two-dimensional electron gas formed in this system.

Wachstum und elektrostatischen/chemischen Eigenschaften von Metall/LaAlO3/SrTiO3 Heterostrukturen

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with wafer-scale uniformity and angstrom level control of thickness, the method of atomic-layer deposition was chosen. This ALD process enables high-quality, low-temperature (&#8804;150 &#176;C) growth of ultrathin films (100-1000 &#197;) of VO2. For this demonstration, the VO2 films were grown on sapphire substrates. This low temperature growth technique produces mostly amorphous VO2 films. A subsequent anneal in an ultra-high vacuum chamber with a pressure of 7x10-4 Pa of ultra-high purity (99.999%) oxygen produced oriented, polycrystalline VO2 films. The crystallinity, phase, and strain of the VO2 were determined by Raman spectroscopy and X-ray diffraction, while the stoichiometry and impurity levels were determined by X-ray photoelectron spectroscopy, and finally the morphology was determined by atomic force microscopy. These data demonstrate the high-quality of the films grown by this technique. A model was created to fit to the data for VO2 in its metallic and insulating phases in the near infrared spectral region. The permittivity and refractive index of the ALD VO2 agreed well with the other fabrication methods in its insulating phase, but showed a difference in its metallic state. Finally, the analysis of the films&#39; optical properties enabled the creation of a wavelength- and temperature-dependent model of the complex optical refractive index for developing VO2 as a tunable refractive index material.

Thin films (100-1000 &#197;) of vanadium dioxide (VO2) were created by atomic-layer deposition (ALD) on sapphire substrates. Following this, the optical properties were characterized through the metal-insulator transition of VO2. From the measured optical properties, a model was created to describe the tunable refractive index of VO2.

Atomic Layer Deposition von Vanadium Kohlendioxid und eine temperaturabhängige optische Modell

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with ...

Solvothermal Synthesis of MIL-96 and UiO-66-NH2 on Atomic Layer Deposited Metal Oxide Coatings on Fiber Mats

Metal-organic frameworks (MOFs), which contain reactive metal clusters and organic ligands allowing for large porosities and surface areas, have proven effective in gas adsorption, separations, and catalysis. MOFs are most commonly synthesized as bulk powder, requiring additional processes to adhere them to functional devices and fabrics that risk decreasing the powder porosity and adsorption capacity. Here, we demonstrate a method of first coating fabrics with metal oxide films using atomic layer deposition (ALD). This process creates conformal films of controllable thickness on each fiber, while providing a more reactive surface for MOF nucleation. By submerging the ALD coated fabric in solution during solvothermal MOF synthesis, the MOFs create a conformal, well-adhered coating on the fibers, resulting in a MOF-functionalized fabric, without additional adhesion materials that may block MOF pores and functional sites. Here we demonstrate two solvothermal synthesis methods. First, we form a MIL-96(Al) layer on polypropylene fibers using synthetic conditions that convert the metal oxide to MOF. Using initial inorganic films of varying thicknesses, diffusion of the organic linker into the inorganic allows us to control the extent of MOF loading on the fabric. Second, we perform a solvothermal synthesis of UiO-66-NH2 in which the MOF nucleates on the conformal metal oxide coating on polyamide-6 (PA-6) fibers, thereby producing a uniform and conformal thin film of MOF on the fabric. The resulting materials can be directly incorporated into filter devices or protective clothing and eliminate the maladroit qualities of loose powder.

Solvothermal Synthesis of MIL-96 and UiO-66-NH2 on Atomic Layer Deposited Metal Oxide Coatings on Fiber Mats

Metal-organic frameworks are effective in gas storage and heterogeneous catalysis, but typical synthesis methods result in loose powders that are difficult to incorporate into smart materials. We demonstrate a method of first coating fabrics with ALD metal oxides, resulting in conformal films of MOF on the fabrics during solvothermal synthesis.

Solvothermal Synthese von MIL-96 und UiO-66-NH2 auf atomarer Ebene hinterlegt Metall-Oxid-Beschichtungen auf Fasermatten

Metal-organic frameworks (MOFs), which contain reactive metal clusters and organic ligands allowing for large porosities and surface areas, have proven ...

Produktion von Singletrails von Ti-6Al-4V durch gerichtete Energie Ablagerung zur Ermittlung der Schichtdicke für mehrschichtige Deposition

Zusammenfassung

Weitere Videos entdecken

Kapitel in diesem Video