著者は、地平線 2020年研究と技術革新プログラム ボレアリス - 複雑な 3 D の次世代の 3 a エネルギー クラス新しい添加剤と減法製造機に属するヨーロッパの研究プロジェクトを認識したいです。金属部品

1. 粉体の性状
<ol><li>原料 Ti 6al-4 v 粉末アルミニウム ピン スタブに位置し、試料室内電界放射走査型電子顕微鏡 (FESEM) パウダー16の形態を分析するを挿入する両面粘着性カーボン テープ上の 3 g を置きます。</li>
	<li>30 cm3コンテナーを記入することによって粉体の見掛け密度を測定し、ASTM B212 標準に従って粉の重量を測定します。</li>
	<li>使われる (5-10 g) の粉末パウダー (5-10 g) と堆積ブロック (20 g) 元素 (例えばLeco) による誘導結合プラズマ (ICP) アナライザー17開始の化学分析を実行します。</li>
</ol>2 1 つのトラックの指向性エネルギー蒸着
<ol><li>
粉末の読み込み
	<ol>
<li>EN 149、粉末無料使い捨てニトリル手袋および保護プラスチック ガラスの要件に準拠して、FFP3 呼吸マスクなど保護具を着用します。</li>
		<li>供給系粉体のホッパーを開き、残留粉体を除去するため (例えばATEX) 換気扇を使用します。</li>
		<li>コンス トラクターで指定された適切な指示に従い、ホッパーを外し、エタノールに浸したペーパー タオルを使用して、すべてのコンポーネントをきれい。 注: この手順は、金属粉末の異なる種類の汚染を避けるための基本です。</li>
		<li>コンス トラクターで指定された指示に従い、ホッパーに供給粉を再構成します。粉末の読み込みを実行するために、ホッパーのトップ キャップのみ残して脇。</li>
		<li>50-150 μ m. 利用可能なホッパーのサイズに応じての範囲の granulometry を有する Ti 6al-4 v 粉ホッパーの負荷は、それを完全に埋めます。</li>
		<li>任意のガスの漏出を避けるため非常にしっかりとホッパーのトップ キャップを閉じます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
サンプルの準備
	<ol>
<li>寸法 50 mm × 50 mm、厚さ 4 mm と Ti 6al-4 v シートを選択します。</li>
		<li>エタノールに浸したペーパー タオルでチタン薄板の表面をきれいにします。100 分の 1 バランス シートの重量を測定します。</li>
		<li>マーカーの位置によると作業領域にシートを配置します。作業領域がどこ堆積が行われる、ので、それは、ロボットのプログラムのパスに従って決定されます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
ロボットおよび成膜装置の準備の準備
	<ol>
<li>ノズル軸とレーザー軸間の角度が 35 ° のノズルをレーザーの頭の上にマウントします。</li>
		<li>調整を実行する作業の出発点にロボットを移動します。</li>
		<li>ノズルと作業面との間の距離を確認し、測定した距離が 5 mm になるまでノズルの位置を手動で修正必要な場合。 注: 作業領域を水平面に産む、ので、この距離は金属板とノズルの先端との間の垂直距離です。</li>
		<li>レーザー ノズル吹出口の中心の位置を確認してください: 最初に、レーザーの制御のためのソフトウェアの"レーザー ガイド ON"コマンドをクリックしてレーザー ガイドに切り替えます。その後、径とノズル内の長さは 200 mm、0.8 mm、細い棒を置きます。ロッドの先端とレーザー ガイドのスポットが一致することを確認します。ない場合は、手動で距離や以前に指定した角度を尊重し、ノズルの位置を調整します。 注: この場合、ノズルの外径は 1 mm です。小さい直径を持つノズルを採用する場合は、ロッドの直径は、ノズルのそれより小さいを使用します。</li>
		<li>ロボット制御ソフトウェアに書き込まれた校正データの確認: ソフトウェア、「適用」ボタンをクリックして、コードのコンパイルを待ちます。 メモ: ソフトウェア、コード内のエラーを確認して、エラーが検出されなかった場合、コードは、ロボット コント ローラーに格納されます。エラーが検出された場合、コードはコンパイルされませんとさらに改訂が必要となります。</li>
		<li>レーザー コントロール ソフトウェアに「レーザーを有効にする」コマンドをクリックしてしてレーザー ソース モジュールを有効にします。 注: 採用のレーザー ソースは連続繊維レーザー、赤外波長域 (1064 nm) 5 kW 最大電力で発光します。</li>
		<li>ボタンを押して手動で、ロボットの制御盤に「モーター ロボット「ロボット モーターを有効にすると関連安全 LED が点灯していることを確認してください: そう、それ意味するモーターが有効である場合。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
蒸着プロセスを開始します。
	<ol>
<li>既存のプログラムの一覧で適切なファイルを選択し、メイン ロボット ルーチンに作業パスを読み込みます。</li>
		<li>レーザーとロボットのパラメーターを確認: 特定のレーザー パワー (325, 650, 980, 1500 W) と指定した速度にロボット スピードにレーザー出力を設定 (30、40、50、60 mm/s)。 注: これらのパラメーターは、コンピューターの特定の言語によると、ロボットの制御ソフトウェアに書き込まれます。</li>
		<li>ソフトウェア、「適用」ボタンを押すことによって新しいパラメーターを確認し、コードのコンパイルを待ちます。ソフトウェアは、コードのエラーをチェックします。エラーが検出されなかった場合コードはロボット コント ローラーに保存されている、起動する準備ができています。ロボット制御ソフトウェアの「スタート」ボタンを押してロボット ルーチンを起動します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>特別なニッパーを使用してサンプルをピックアップし、任意の残留粉を除去するためエタノールに浸した紙タオルでサンプル表面をきれいにします。</li>
</ol>3. 単一トラックを分析します。
<ol><li>5 倍の倍率でステレオ顕微鏡による上から単一トラックを分析します。 注: この段階でいくつか画像が撮影ステレオ顕微鏡を用いて、視覚的に分析します。</li>
	<li>精密切削工具を使用して成膜方向に垂直な堆積のトラックの中からシングル曲をカットします。</li>
	<li>エポキシ樹脂の単一トラックの断面をマウントします。取付カップを選択し、清潔で乾燥試験片を配置します。重量 (10 g/サンプル) によって慎重に樹脂の正しい量を測定し、液体の硬化剤 (6 g/サンプル) をミックスします。樹脂の混合物を注ぎ、標本、室温で 30 分間を治すため充填取付カップのまま。その後、500、800、1,200 粒サイズ SiC 紙とマウントされた標本を挽くし、ダイヤモンド粒子 (1 μ m) の細かいサイズにダイヤモンド ペーストを使用して磨きます。</li>
	<li>光学顕微鏡による形状や気孔率の面で研磨面を分析します。10 倍の倍率の顕微鏡で溶融プールの画像を取得し、それらを分析画像 J ソフトウェアを使用しています。</li>
	<li>溶融プールの上下間の距離を測定することにより溶融プールの高さを測定します。その後、その対応する数式に従って計算されます特定のエネルギー密度の関数として溶融プールの高さの測定値をプロットします。確かに、エネルギー密度は次の方程式で計算できます。 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56966/56966eq1.jpg">
</li>
	<li>特定のエネルギー密度の関数としての層の厚さに対応する式を取得する実験結果の 2nd次多項式を適合します。</li>
	<li>特定のエネルギー密度を考慮し、前の手順で観察された彼らの関係によると層の厚さを計算します。</li>
	<li>方法を確認するには、計算された層の厚さを考慮した積層ブロックを作製し、気孔率と最終身長の面でブロックのセクションを特徴づけます。</li>
	<li>3.3 節と同じ手順でステップ、研磨後加工ブロックの微細構造を分析します。実際には、最終研磨後 30 試料をエッチング 92 ml の蒸留水、6 mL、硝酸 2 mL フッ化水素酸が含まれているクロールの試薬と s。</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>

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この作品の焦点は、溶融プールの特徴の幾何学によると Ti 6al-4 v、DED プロセスの設定スライス厚のでした。この目的のため 2 段階のプロトコルが定義され、利用されています。プロトコルの最初の部分が単一のスキャン蒸着のプロセス パラメーターの最適化そしてこの手順では、パラメーターの最適値を実現した、溶融プール形状を測定しました。プロトコルの 2 番目の部分では、最適なパ...

Ti 6al-4 v は、最もよく使用される航空宇宙、航空機、自動車、Ti 合金とバイオメディカル産業高い強さに重量の比率、優れた靭性、低比重、優れた耐食性および熱のため処理。ただし、他のアプリケーションでのさらなる発展に挑戦している、低熱伝導率、高反応性機能のためにつながるその貧しい被削性。また、カット中に現象を硬化熱が原因特定の熱処理は実施1,2,3,4をする必要があります。
それにもかかわらず、添加剤製造 (午前) 技術は価格やエネルギー消費量を削減でき、Ti 6al-4 v 合金の作製における現在の課題のいくつかに対処する新しい製造技術として使用される大きな可能性を示した。
添加剤の製造技術と革新的な呼ばれる近い純形を作製することができます層によってファッションのコンポーネント。薄層にコンピューター支援設計 (CAD) モデルをスライスし、層コンポーネントをビルド、層によって添加剤の製造方法は、午前のすべてのメソッドのための基本です。一般に、金属材料の添加剤の製造は、4 つの異なるプロセスに分けることができます: ベッド、粉体 (粉末) を送り、ワイヤ送給、その他ルート3,5,6を粉体します。
その他午前方法と同様の CAD ファイルからソリッド部品をネットシェイプ近くエネルギー蒸着 (DED) 添加剤の製造のクラスです、三次元 (3 D) を製作する本格的な粉体プロセスを監督しました。他の手法とは対照的 DED のみ製造方法として使用しないことができますが、また、高付加価値部品の補修手法として用いることができます。DED プロセスで金属粉やワイヤー素材は、キャリアガスによって与えられるまたはレーザーによって生成される溶融プールにモーター基板のいずれかのビームまたは以前の層を堆積させた。DED プロセスは飛ぶために購入するの比率を減らすことが、以前は交換する価高付加価値部品または取り返しのつかない7を修復することができるも有望な高度な製造プロセスです。
目的の幾何学的寸法と材料特性を達成するために適切なパラメーター8を確立することが重要です。プロセス パラメーターと沈殿させたサンプルの最終的な特性の関係を明らかにするいくつかの研究を行っています。Peyreら9別のプロセスのパラメーターを持ついくつかの薄い壁を構築し、2 D と 3 D 形状測定を使用して、それらを特徴とします。彼らは、こと層の厚さと溶融プールのボリュームに著しく粗さパラメーターは影響を示した。Vimら。10は、プロセス パラメーターと単一のクラッディング (クラッド高さ、クラッド幅、および浸透の深さ) の幾何学的特性との関係を分析するためにモデルを提案しました。
までに、Ti DED にいくつかの研究を最もうち大規模なサンプル11,12,4の特性に及ぼすパラメーターの組み合わせに焦点を当てて、合金が報告されています。Rasheedatら。レーザー金属蒸着 Ti 6al-4 v 合金の結果プロパティのスキャン速度と粉体流量の効果を検討しました。彼らは、スキャン速度と粉を増やすことによって流量の微細構造から変更ウィドマンステッテン マルテン サイトの微細構造は, 表面粗さの増加と堆積標本7の硬度の結果を発見しました。それにもかかわらず、層厚設定を設計に以下の注意を支払われています。チェら。層の厚さとプロセスのパラメーター間の相関を調べた。彼らは実際の高さと現在の高さ間の誤差の主な情報源が粉末の質量流量率と層厚13を設定であることを発見しました。彼らは層の厚み設定で長いと不正確なプロセスを含んだので、勉学に層の厚み設定が正しく実装しませんでした。ルアンら。レーザー走査速度一定のレーザー パワーと粉末自動供給率14で堆積層の高さの影響を検討しました。層厚設定特定の処理条件下で得られたいくつかの経験的モデルを提案するが、従って層の厚み設定が特定のプロセス パラメーター15の使用率による正確なできない場合があります。以前の作品とは対照的厚本稿で提案するプロセスを設定、時間と材料を無駄にすることがなく行うことができる迅速な方法です。
この作品の主な焦点は、迅速 DED プロセス パラメーターの最適な Ti 6al-4 v 合金の 1 つのトラックの特性に基づいて層厚さの定量法を開発することです。その後、層の厚さを決定し、時間と材料の無駄なく高密度の Ti 6al-4 v ブロックを作製する最適なプロセス パラメーターが用いられます。

<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

監督エネルギー蒸着 (DED)、添加剤の製造手法である、粒子としての金属粉の注入、レーザー光線で溶融プールの作成が含まれます。一般に、製造または別のコンポーネントを修復するのにこの手法を採用します。この手法では、最終的な特性、多くの要因の影響を受けます。確かに、DED にコンポーネントを構築する上で主要なタスクの 1 つは通常大規模な実験的研究を通じて行われる (レーザー、レーザー速度、フォーカス等)などのプロセス パラメーターの最適化です。しかし、この種の実験は非常に時間のかかる、高価です。したがって、最適化のプロセスを加速するために調査を行った溶融プールの特性に基づく手法を開発します。実際には、これらの実験で Ti 6al-4 v のシングル トラックはレーザーの出力とレーザー速度の複数の組み合わせを持つ DED プロセスによって沈殿させた。表面形態および単一トラックの寸法を行ったと研磨とエッチングのクロス セクションの後溶融プールの幾何学的特性を調べた。最適なプロセス ・ パラメーターの選択に関する有用な情報は、溶融プールの機能を調べることによって実現できます。これらの実験は、複数のレイヤーを持つより大きなブロックを特徴付けるため拡張されています。確かに、この原稿は、どのようにそれは、大規模な成膜の層の厚さをすばやく判断することが可能を避けるか最適パラメーターの計算されるエネルギー密度に応じて下沈着について説明します。以上下沈着、離れて時間および保存材料、層の厚さの面で任意のパラメーターの最適化なしで多層部品の蒸着で起動できるこの方法の他の大きな利点です。

実験的研究の 50-150 μ m の平均サイズと 1.85 g/cm3の密度の不規則な Ti 6al-4 v 粉末が堆積材料 (図 1) として採用されました。粉末の化学分析は粉末の酸素と窒素の内容を変更しないように蒸着プロセスの前後に Ti 6al-4 v パウダーの標準酸素濃度より酸素濃度が高かった両方のケースで確認添加剤の製造 (< 0.13%)。しかし、成膜後バルク部品の?...

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

本研究では、指向性エネルギー蒸着法による Ti 6al-4 v 材の層の厚さを推定する溶融プールの特性評価に基づく迅速法を開発します。

多層成膜の層の厚さを決定する指向性エネルギー蒸着法による Ti 6al-4 v の単一トラックの生産

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 ビュー.  Politecnico di Torino. 本研究では、指向性エネルギー蒸着法による Ti 6al-4 v 材の層の厚さを推定する溶融プールの特性評価に基づく迅速法を開発します。

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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.

パルスレーザー蒸着法によるナノエンジニアリング透明導電性酸化物の作製

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

工学

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.

ゲート定義のGaAs / AlGaAs系横量子ドットのナノファブリケーション

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.

複合酸化物薄膜のエピタキシャル成長のために原子的に定義されたテンプレート

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

化学

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.

エアロゾルデポジション法を用いて厚い高密度イットリウム鉄ガーネット膜の形成

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.

アトミックトレーサブルナノ構造作製

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.

半導体技術との互換性低温カーボンナノチューブ垂直相互接続の作製

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.

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラー フィルムの作製

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.

成長と静電/化学特性の金属/そこで3/SrTiO3ヘテロ構造

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.

二酸化バナジウムと温度依存性の光学モデルの原子層堆積法

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.

ミル-96、UiO-66-NH2原子層のソルボサーマル合成繊維のマット上金属酸化皮膜に堆積

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

多層成膜の層の厚さを決定する指向性エネルギー蒸着法による Ti 6al-4 v の単一トラックの生産

要約

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この動画の章

パルスレーザー蒸着法によるナノエンジニアリング透明導電性酸化物の作製

ゲート定義のGaAs / AlGaAs系横量子ドットのナノファブリケーション

複合酸化物薄膜のエピタキシャル成長のために原子的に定義されたテンプレート

エアロゾルデポジション法を用いて厚い高密度イットリウム鉄ガーネット膜の形成

アトミックトレーサブルナノ構造作製

半導体技術との互換性低温カーボンナノチューブ垂直相互接続の作製

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラーフィルムの作製

成長と静電/化学特性の金属/そこで₃/SrTiO₃ヘテロ構造

二酸化バナジウムと温度依存性の光学モデルの原子層堆積法

ミル-96、UiO-66-NH₂原子層のソルボサーマル合成繊維のマット上金属酸化皮膜に堆積

多層成膜の層の厚さを決定する指向性エネルギー蒸着法による Ti 6al-4 v の単一トラックの生産

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ゲート定義のGaAs / AlGaAs系横量子ドットのナノファブリケーション

複合酸化物薄膜のエピタキシャル成長のために原子的に定義されたテンプレート

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アトミックトレーサブルナノ構造作製

半導体技術との互換性低温カーボンナノチューブ垂直相互接続の作製

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラー フィルムの作製

成長と静電/化学特性の金属/そこで3/SrTiO3ヘテロ構造

二酸化バナジウムと温度依存性の光学モデルの原子層堆積法

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ミル-96、UiO-66-NH₂原子層のソルボサーマル合成繊維のマット上金属酸化皮膜に堆積