定向能量沉积技术不仅限于零件修复 – 3D打印行业资讯网

定向能量沉积 (DED) 有什么用？这个问题的答案正在发生变化。事实上，3D打印工艺已经发生了很大变化。长期以来，“DED 有什么用”这个问题的简短答案通常是“修复”。

但在修复现有部件（如工具或涡轮叶片）时，将金属锁定到位的能力至关重要。从来没有人声称修复是 DED 的唯一用途，但修复一直是 DED 的一大优势。

定向能量沉积如何工作？

DED 工艺首先使用 CAD 软件创建三维模型。然后使用软件将模型切成层，以表示制造成品工件所需的层。定向能量沉积的工作原理是将熔融材料沉积到指定表面上并使其凝固，从而将材料融合在一起形成结构。定向能量沉积设备通常使用安装在多轴臂上的喷嘴，该喷嘴可以沿多个方向移动以实现可变沉积。

定向能量沉积工作原理分析图

该过程通常在低氧水平的受控室内进行。基于电子束的系统在真空环境中运行，而基于激光的系统在处理活性金属时使用完全惰性的腔室。在金属 3D 打印过程中，还可以使用保护气体来保护部件免受污染。

DED 使用热源熔化粉末或金属丝，然后将其沉积到物体表面。粉末沉积可实现更高的精度，而金属丝沉积可更高效地利用材料。材料逐层添加并从熔池中凝固以形成新特征。层厚度通常为 0.25 毫米至 0.5 毫米。材料冷却速度非常快，每秒约 1000-5000 摄氏度。冷却时间会影响最终的晶粒结构，但材料重叠会导致重熔，从而产生均匀但交替的微观结构。

在大多数情况下，物体会保持固定位置，而机器人会移动来铺设材料。但是，如果使用平台，则可以反过来，平台可以移动，而机器人保持静止。

DED 工艺通常用于金属部件，但也可用于聚合物和陶瓷。几乎所有可焊接金属都可以使用 DED 3D打印，包括铝、镍镉合金、铌、不锈钢、钽、钛和钛合金以及钨。

定向能量沉积的优点和缺点

定向能量沉积的优点包括能够控制晶粒结构，这使得该工艺可用于修复高质量的功能部件。这需要在精度和速度之间取得平衡，因为速度越快，精度越低，微观结构也越不一致。

DED 可以用最少的工具生产相对较大的部件。该工艺还可以使用具有不同成分的多种材料来创建具有成分梯度或混合结构的组件。另一方面，产生的表面效果将根据所用材料而有所不同，并且可能需要一些后处理才能达到所需的效果。用于 DED 的材料仍然相对有限，基于熔体的工艺仍需要进一步研究才能成为主流。

研究表明，在制造中型金属部件时，定向能量沉积比粉末床熔合法快十倍，成本低五倍。该研究测试了这两种方法在制造直径为 150 毫米、高度为 200 毫米的 Inconel 金属部件时的性能。部件几何形状的设计没有支撑，以确保参数可比。

与PBF技术相比，DED在材料使用、冷却和构建时间方面具有明显的优势。通常，定向能量沉积可用于制造零件，但通常用于修复或向现有零件添加材料。一般而言，定向能量沉积的应用分为三类：近净成形零件、特征添加和修复。

改变对定向能量沉积的认识

首先，定向能量沉积的实际选择范围已经扩大。除了铺粉系统之外，现在的线材进给系统至少同样容易使用，甚至更容易使用。后者的沉积速度更快，可以比以前更快、更便宜地制造完整的金属部件和大型金属部件。它们还提高了易用性，因为线材卷轴使材料处理变得简单。此外，冷喷射3D打印系统的出现使金属沉积不再有液体到固体转变的困难。这种类型的金属 3D 打印也是 DED，只是“定向能量”用于推进而不是熔化。

接下来是对铸造的质疑，铸造的发展速度大致相同。3D打印无法与铸造的最佳速度和经济性相媲美，但铸造产能是有限的，而且像所有有限资源一样，产能是分配的。最适合铸造的生产批量生产部件继续以这种方式生产，但随着这些工作填满铸造厂的计划，那些琐碎或不适合铸造的工作被进一步搁置。

备件和小批量生产就是这种情况。锻造能力也存在同样的现象。为了解决这种供应限制以及需要维护长寿命零件的模具的问题，OEM 和零件买家越来越多地关注3D打印并对其进行不同的评估。因此，随着 DED 不断提高其制造零件的能力，制造现有零件的局限性为其提供了更大的增长空间。

最近，各种报告提供了不同DED系统的实际应用图片，无论是铺粉系统、送丝系统还是冷喷涂系统。这些应用包括添加功能，包括为生产部件添加简单功能，或为原本通过粉末熔融制造的部件添加更复杂的功能。

这些应用还包括使用 DED 制造完整零件，而且种类繁多。从独特系统中的替换零件到铸件的小批量替换，再到 DED 完全替换锻造或铸造合格生产硬件的能力。此外，DED 在维修方面表现出色。作为涡轮叶片维修的补充，可以考虑大型涡轮轴维修。

随着3D打印的发展，每一种工艺都在不断改进，但 DED 是一种新的、仍处于起步阶段的制造工艺，其市场潜力仍有待挖掘。DED 可以添加功能、进行维修和批量生产零件。这些用途一直存在，但现在我们知道 DED 适用于所有这些用途，或许超出了我们的预期。对于我们认为“了解”的任何快速成型工艺，对于任何应用似乎已经确定的工艺，我们都应该密切关注。所有这些技术仍在发展和变化，目前尚无定论。