המחברים, הייתי רוצה להכיר את פרויקט המחקר האירופית השייכים לתוכנית אופק 2020 מחקר וחדשנות Borealis - מחלקת האנרגיה 3A מכונת גמיש עבור תוסף חדש וייצור מופחתים על הדור הבא של תלת-ממד מורכבים חלקי מתכת

1. אבקת אפיון
<ol><li>לשים 3 גר' החל Ti-6Al-4V אבקות בקלטת פחמן דביק דו-צדדי, אשר ממוקם על ספח pin אלומיניום, להוסיף בתוך תא הדגימה של פליטת שדה לסרוק בעזרת מיקרוסקופ אלקטרון (FESEM) כדי לנתח את המורפולוגיה של אבקת ה-16.</li>
	<li>למדוד צפיפות לכאורה של האבקה על-ידי מילוי מיכל3 30 ס מ, למדוד את המשקל של אבקת לפי תקן ASTM-B212.</li>
	<li>לבצע ניתוח כימי של הפעלת ולהשתמש באבקה (5-10 גרם), אבקת (5-10 גרם), הופקדו בלוק (20 גרם) באמצעות היסודות (למשל, Leco) ועל inductively בשילוב פלזמה (ICP) מנתח17.</li>
</ol>2. האנרגיה בתצהיר של רצועות יחיד
<ol><li>
אבקת טעינה
	<ol>
<li>ללבוש ציוד מגן אישי, כולל מסכת נשימה FFP3 תואם לדרישות של EN 149, ללא אבקת חד פעמיות nitrile כפפות, משקפי מגן פלסטיק.</li>
		<li>לפתוח את הופר של האבקה מערכות האכלה ולהשתמש ונטה (למשל, ATEX) עבור הסרת את אבקות שיורית.</li>
		<li>להסיר הופר על-ידי ביצוע ההוראות המתאימות שניתנו על ידי הבנאי ולנקות כל רכיב באמצעות מגבות נייר ספוג אתנול. הערה: השלב זה מהותי כדי למנוע זיהום על ידי סוגים שונים של אבקות מתכת.</li>
		<li>להרכיב מחדש את האבקה האכלה הופר על-ידי ביצוע ההוראות שניתנו על-ידי הבנאי. השאר בצד רק הכיפה העליונה של הופר על מנת לבצע את הטעינה של האבקה.</li>
		<li>לטעון את הופר עם אבקות Ti-6Al-4V שיש ברמת גסות בטווח של 50-150 מיקרומטר. בהתאם לגודל של הופר זמין, למלא אותו לחלוטין.</li>
		<li>סגור את הכובע העליון של הופר בחוזקה על מנת למנוע כל דליפת גז.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
הכנת המדגם
	<ol>
<li>בחר גיליון Ti-6Al-4V עם מידות 50 מ"מ x 50 מ"מ, עובי 4 מ מ.</li>
		<li>לנקות את השטח של גיליון טיטניום עם מגבות נייר ספוג אתנול. למדוד את המשקל של הגיליון עם מאזן centesimal.</li>
		<li>מניחים את הסדין על אזור העבודה בהתאם למיקום של דה מרקר. אזור העבודה היא איפה התצהיר יתקיים, כך נקבע לפי הנתיב מתוכנתים של הרובוט.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
הכנה של הרובוט, הכנת הציוד התצהיר
	<ol>
<li>הר הזרבובית על הראש לייזר כך הזווית בין הציר זרבובית לציר לייזר הוא 35°.</li>
		<li>הזז את הרובוט לנקודת עבודה ההתחלה כדי לבצע את הכיול.</li>
		<li>לבדוק את המרחק בין הצינור המטוס לעבוד ולתקן, במידת הצורך, ידנית את מיקום הצינור עד המרחק שנמדד הוא 5 מ מ. הערה: מאז אזור העבודה מטילה על מישור אופקי, במרחק הזה הוא המרחק האנכי בין משטח המתכת קצה הזרבובית.</li>
		<li>בדוק את מרכוז של השקע זרבובית עם הלייזר: ראשית, לעבור על המדריך לייזר על-ידי לחיצה על הפקודה "לייזר מדריך על" על תוכנת שליטה של הלייזר. אז, לשים מוט דק, מדידת 0.8 מ מ קוטר ו-200 מ מ אורך, בתוך הצינור. ודא כי קצה המוט ואת המקום של המדריך לייזר חופפות. אם לא, כוונן באופן ידני את המיקום של הנחיר, כיבוד מרחקים וזוויות שצוינו קודם לכן. הערה: במקרה זה, הקוטר החיצוני של הצינור הוא 1 מ מ; אם מועסק זרבובית בקוטר קטן יותר, השתמש מוט בקוטר הוא קטן יותר מזה של הצינור.</li>
		<li>לאמת את הנתונים כיול שיכתבו את תוכנת שליטה הרובוט: לחץ על כפתור "החל" על התוכנה, ולחכות ההידור של הקוד. הערה: התוכנה לבדוק שגיאות בקוד ה; אם לא נמצאו שגיאות, הקוד מאוחסן בבקר רובוט. אם נמצאו שגיאות, לא יהיה הידור הקוד, בהמשך יהיה צורך מהדורה.</li>
		<li>להפעיל את המודול מקור לייזר על-ידי לחיצה על הפקודה 'הפעל לייזר' על תוכנת שליטה לייזר. הערה: מקור לייזר מועסקים הוא לייזר סיבים רציף פולטות באזור אינפרא-אדום (1064 ננומטר) עם 5 קילוואט חשמל מרבית.</li>
		<li>להפעיל המנועים של הרובוט על ידי באופן ידני ללחוץ על הכפתור "הרובוט מנועים על" על השידה הבקרה של הרובוט, ולבדוק כי הבטיחות הקשורים LED מואר: אם אז זה אומר כי המנועים מופעלים.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
להתחיל בתהליך דפוזיציה
	<ol>
<li>בחר את הקובץ המתאים על רשימת התוכניות הקיימות, לטעון את נתיב העבודה לתוך השגרה רובוט הראשי.</li>
		<li>בדוק את הפרמטרים לייזר ורובוט: להגדיר את עוצמת הלייזר את עוצמת הלייזר ספציפי (325, 650, 980, 1500 W) ומהירות רובוט במהירות הנתונה (30, 40, 50, 60 מ מ/s). הערה: פרמטרים אלה נכתבות לתוך התוכנה הבקרה של הרובוט, בהתאם לשפה ספציפית של המכונה.</li>
		<li>לאשר את הפרמטרים חדש על-ידי לחיצה על כפתור "החל" התוכנה, ולחכות ההידור של הקוד. התוכנה לבדוק שגיאות בקוד ה; אם לא נמצאו שגיאות, הקוד מאוחסנים של בקר הרובוט, וזה שחיכינו. הפעל את השגרה רובוט על-ידי לחיצה על לחצן "התחל" תוכנת שליטה הרובוט.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לאסוף את הדגימה באמצעות את אוחז מיוחד, לנקות את השטח מדגם מגבת נייר ספוג אתנול להסרת שאריות אבקה.</li>
</ol>3. לנתח את הרצועות אחת
<ol><li>לנתח את הרצועות אחת מלמעלה על ידי מיקרוסקופ סטריאו בהגדלה X 5. הערה: בשלב זה, כמה תמונות שצולמו במיקרוסקופ סטריאו, ניתח באופן חזותי.</li>
	<li>חותכים את הרצועות אחת מהאמצע של המסילה הופקדו בניצב לכיוון התצהיר באמצעות כלי חיתוך מדויק.</li>
	<li>הר חתך הרוחב של המסלולים יחיד שרף אפוקסי. בחר ספל הרכבה ולמקם את הדגימה נקי ויבש בתוכו. למדוד את הסכומים נכונים של שרף בקפידה לפי משקל (10 גר' דוגמה), ואז מערבבים עם במינראליים נוזלי (6 g/דוגמה). שופכים את התערובת-שרף הדגימה ולהשאיר את הכוסות מלאות הרכבה לרפא למשך 30 דקות בטמפרטורת החדר. לאחר מכן, לטחון דגימות נטענים עם 500, 800 נייר SiC בגודל של חצץ 1,200 ולאחר מכן פולנית באמצעות יהלום הדבק אל הגדלים עדינה יותר של חלקיקי יהלום (1 מיקרומטר).</li>
	<li>לנתח את משטחים מלוטשים מבחינת הצורה, נקבוביות באמצעות מיקרוסקופ אופטי. לרכוש התמונות של בריכות להמיס עם מיקרוסקופ אופטי בהגדלה X 10 ולאחר מכן לנתח אותם באמצעות תוכנה תמונה-J.</li>
	<li>למדוד את גובהם של בריכות להמיס על ידי מדידת המרחק בין העליון והתחתון של הבריכה להמיס. לאחר מכן, להתוות את הגובה נמדד של בריכות להמיס כפונקציה של צפיפות אנרגיה ספציפיים, אשר מחושב לפי המשוואה המתאימה שלו. אכן, צפיפות האנרגיה יכול להיות מחושב על ידי המשוואה הבאה: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56966/56966eq1.jpg">
</li>
	<li>מתאים צו 2nd פולינום על תוצאות הניסוי כדי לקבל את המשוואה התואם עובי השכבה כפונקציה של צפיפות אנרגיה ספציפיים.</li>
	<li>שקול צפיפות אנרגיה ספציפיים, לחשב את עובי השכבה על פי מערכת היחסים שלהם, אשר נצפתה בשלב הקודם.</li>
	<li>כדי לוודא את השיטה, לפברק בלוק רב שכבתי על ידי התחשבות בעובי השכבה מחושב ולאחר מכן לאפיין את המקטע של בלוקים במונחים של נקבוביות והגובה הסופי.</li>
	<li>ניתוח של מיקרו של גוש מפוברק לאחר ליטוש להתערב בתהליך שפורט בסעיף 3.3. למעשה, לאחר הליטוש הסופי, לחרוט את הדגימות ב-30 s עם ריאגנט של קרול, אשר מכיל mL 92 מזוקקים מים 6 מ ל חומצה חנקתית, 2 מ ל חומצה הידרופלואורית.</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>

המחברים אין לחשוף.

בעבודה זאת, הפוקוס היה על הגדרת עובי חיתוך בתהליך DED של Ti-6Al-4V, לפי הצורה הגיאומטרית של מאפייני בריכה להמיס. למטרה זו, פרוטוקול שני שלבים מוגדרים, מנוצל. החלק הראשון של הפרוטוקול היה לאופטימיזציה של תהליך פרמטרים עבור סריקה בודדת התצהיר, במהלך שלב זה, הפרמטרים אופטימום הושגו, גיאומטריות בריכ?...

Ti-6Al-4V הוא הכי נפוץ Ti סגסוגת במטוס, תעופה וחלל, כלי רכב, ותעשיות ביו בשל יחס חוזק למשקל גבוה, קשיחות שבר מעולה, משקל סגולי נמוך, עמידות מצוינת בפני קורוזיה, חום treatability. עם זאת, מאתגרת את התפתחויות נוספות ביישומים אחרים, בשל מוליכות חום נמוכה והתכונות שלה תגובתיות גבוהה, והתוצאה machinability המסכן שלה. יתר על כן, בשל החום התקשות תופעות במהלך החיתוך, טיפול ספציפי בחום חייב להיות להתבצע1,2,3,4.
למרות זאת, תוסף (AM) בטכנולוגיות ייצור הראה פוטנציאל גדול כדי לשמש טכניקות הייצור החדש יכול להפחית את מחיר וצריכת האנרגיה, ולא להתמודד עם האתגרים הנוכחיים בייצור של Ti-6Al-4V סגסוגת.
טכניקות הייצור מוספים מכונים חדשניים ולא יכולים לפברק צורה נטו ליד רכיבים אופנה שכבה אחרי שכבה. בגישה הייצור מוספים שכבה אחרי שכבה, אשר פרוסות עיצוב תכנון בעזרת מחשב (CAD) מודל לתוך שכבות דק, ואז נבנה את הרכיב שכבה אחרי שכבה, הוא היסוד עבור כל שיטות AM. באופן כללי, ניתן לחלק הייצור מוספים חומרים מתכתיים ארבעה תהליכים שונים: אבקת מיטה, אבקת להאכיל (אבקת מפוצץ), חוט להאכיל ו אחרים מסלולים3,5,6.
בבימויו של אנרגיה התצהיר (DED) הן מחלקה של הייצור מוספים הוא תהליך blown אבקת fabricates תלת מימדי (3D) ליד חלקים מוצק צורה נטו מתוך קובץ CAD דומה לשיטות אחרות AM. לעומת טכניקות אחרות, DED לא ניתן להשתמש רק כשיטת הייצור, אבל גם יכול להיות מועסק טכניקה תיקון עבור חלקים בעלי ערך גבוה. בתהליך DED, חומר אבקה או חוט מתכתי מוזן על ידי המוביל גז או מנועים לתוך הבריכה להמיס, אשר נוצר על ידי הלייזר קרן על אחת את המצע או בעבר להפקיד שכבה. התהליך DED הוא תהליך ייצור מתקדמות מבטיח כי הוא מסוגל להקטין את היחס לקנות-כדי-לעוף, גם הוא מסוגל תיקון חלקים בעלי ערך גבוה שהיו בעבר לחדשו להחליף או בלתי הפיך7.
על מנת להשיג את הממדים גיאומטרי הרצוי ואת תכונות החומר, זה חיוני להקים פרמטרים מתאימים8. מספר מחקרים שבוצעו ליצירת להבהיר את הקשר בין הפרמטרים תהליך של מאפייני המדגם הופקדו הסופי. . Peyre et al. 9 כמה קירות דקים עם פרמטרים שונים ולאחר מכן שאפיינה אותם באמצעות profilometry 2D and 3D. הם הראו כי שכבת עובי ונפח בריכה להמיס להשפיע על הפרמטרים חספוס באופן ניכר. Vim ואח. 10 הציע מודל על מנת לנתח את הקשר בין תהליך פרמטרים מאפיינים גיאומטריים של שכבת חיפוי יחיד (גובה בלבוש, בלבוש רוחב ועומק של חדירה).
נכון להיום, מספר מחקרים על DED של Ti סגסוגות דווחו, ביותר אשר התמקדו השפעת השילוב של פרמטרים על המאפיינים של דגימות מסיבית11,12,4. Rasheedat et al. למד את ההשפעה של קצב הזרימה אבקת ומהירות סריקה על מאפייני וכתוצאה מכך לייזר הופקדו Ti-6Al-4V סגסוגת מתכת. הם מצאו כי על ידי הגדלת מהירות סריקה של אבקת קצב הזרימה מיקרו שינתה מן Widmanstätten מיקרו martensitic, כשהתוצאה היא תוספת קבועה של חספוס פני השטח, את microhardness של הפקיד דגימות7. יחד עם זאת, פחות תשומת לב הוקדשה עיצוב הגדרת עובי השכבה. צ'וי ואח. יש חקר הקשר בין עובי השכבה לבין תהליך פרמטרים. הם מצאו כי המקורות העיקריים של שגיאה בין הגובה הנוכחי הגובה בפועל הם אבקת זרימת מסה וקצב שכבה בעובי הגדרת13. המחקרים שלהם לא ליישם כהלכה הגדרת עובי השכבה כי הם מעורבים תהליכים ארוכים ולא מדויקות בקביעת עובי השכבה. Ruan ואח. חקרו את השפעת המהירות על הגובה שכבה הפקיד עוצמת הלייזר מתמדת, אבקת האכלה שיעור14סריקת לייזר. הם הציעו כמה מודלים אמפיריים להגדרת עובי השכבה אשר התקבלו בתנאים עיבוד ספציפי, ולכן ההגדרה עובי השכבה ויתכן שלא יהיה מדויק בשל הניצול של תהליך ספציפי פרמטרים15. בניגוד עבודות קודמות, עובי השכבה הגדרת תהליך הציע בכתב היד היא שיטה מהירה אשר יכול להתבצע מבלי לבזבז זמן וחומרים.
המוקד העיקרי של עבודה זו היא לפתח שיטה מהירה לקביעת עובי השכבה בהתבסס על מאפייני המסילה יחיד של הסגסוגת Ti-6Al-4V-אופטימום DED תהליך פרמטרים. לאחר מכן, הפרמטרים של האופטימלית תהליך מועסקים כדי לקבוע את עובי השכבה, הרכיבו בלוקים Ti-6Al-4V בצפיפות גבוהה מבלי לבזבז זמן וחומרים.

<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

ביים אנרגיה התצהיר (DED), שהוא שיטת הייצור מוספים, כולל הקמת בריכה מותכת עם קרן לייזר שבו מוזרק אבקת מתכת כמו חלקיקים. באופן כללי, בטכניקה זו משתמשים לפברק או לתקן מרכיבים שונים. בטכניקה זו, המאפיינים הסופי מושפעות מגורמים רבים. אכן, הוא אחד מתפקידיו העיקריים בבניית רכיבים מאת DED אופטימיזציה של תהליך הפרמטרים (כגון עוצמת הלייזר, מהירות לייזר, מיקוד, וכו ') אשר מתבצע בדרך כלל באמצעות חקירה נסיונית נרחב. אולם, זה סוג של ניסוי הוא ארוך ויקר מאוד. לכן, על מנת להאיץ את תהליך אופטימיזציה, חקירה נערך לפתח שיטה המבוססת על אפיוני בריכה להמיס. למעשה, בניסויים אלה, רצועות יחיד של Ti-6Al-4V הופקדו על ידי תהליך DED עם צירופים מרובים של לייזר עוצמה ומהירות לייזר. מורפולוגיה של פני השטח ואת הממדים של רצועות יחיד נותחו, מאפיינים גיאומטריים של בריכות להמיס הוערכו לאחר ליטוש ו תחריט של חתכים. מידע שימושי לגבי הבחירה של האופטימלית תהליך פרמטרים יכולה להיות מושגת על ידי בחינת התכונות בריכה להמיס. ניסויים אלה להיות מורחבות כדי לאפיין את רחובות גדולות יותר עם מספר שכבות. ואכן, כתב יד זה מתאר איך זה ניתן יהיה לקבוע במהירות את עובי השכבה לתצהיר מסיבית, ולהימנע מעל או מתחת בתצהיר על פי צפיפות האנרגיה מחושב של האופטימלית הפרמטרים. מלבד ' מעל או מתחת התצהיר, זמן וחומרים שמירת הם היתרונות הגדולים האחרים של גישה זו שבה ניתן להתחיל בתצהיר של רכיבים מרובת שכבות ללא כל אופטימיזציה פרמטר מבחינת עובי השכבה.

ללימודים ניסיונית, לא סדיר אבקת Ti-6Al-4V עם גודל ממוצע של 50-150 מיקרומטר וצפיפות לכאורה של 1.85 גרם/ס"מ3 הועסק הפקדת חומר (איור 1). ניתוח כימי של האבקה אישר כי תכולת חמצן, חנקן האבקה לא השתנה לפני ואחרי תהליך התצהיר, ואילו בשני המקרים תכולת החמצן היה גבוה יותר ?...

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

במחקר זה, שיטה מהירה מבוסס על אפיון בריכה להמיס מפותחת כדי להעריך את עובי השכבה של רכיבי Ti-6Al-4V המיוצר על ידי אנרגיה מכוונת התצהיר.

הפקה של רצועות יחיד של Ti-6Al-4V על-ידי האנרגיה התצהיר כדי לקבוע את עובי השכבה עבור התצהיר מרובת שכבות

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

Research

JoVE Journal

Engineering

9.2K Views.  Politecnico di Torino. במחקר זה, שיטה מהירה מבוסס על אפיון בריכה להמיס מפותחת כדי להעריך את עובי השכבה של רכיבי Ti-6Al-4V המיוצר על ידי אנרגיה מכוונת התצהיר.

Video: 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.

ייצור של ננו מהונדס תחמוצות שקופות לנהל בתצהיר ליזר פעם

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

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 של השער שהוגדרו GaAs / AlGaAs נקודות קוונטיות רוחביות

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.

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת Thin Films

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

Chemistry

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.

היווצרות עבה צפופים איטריום ברזל גרנט הסרטים באמצעות תרסיס הפקדת

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.

ייצור ננו-מבנה אטומי למעקב

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.

המצאה של טמפרטורה נמוכה חיבורים אנכיים-צינורות פחמן תואם עם סמיקונדקטור טכנולוגיה

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.

ייצור של סרטים צבע דקים עם מאוד קליטת מדיה באמצעות התצהיר זווית אלכסונית

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.

צמיחה ו Electrostatic/כימי מאפיינים של מתכת/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 ...

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 סינתזה של מיליון-96 ו UiO-66-NH2 בשכבה אטומי שהופקדו תחמוצת מתכת ציפוי על מחצלות סיבים

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

Spontaneous Formation and Rearrangement of Artificial Lipid Nanotube Networks as a Bottom-Up Model for Endoplasmic Reticulum

We present a convenient method to form a bottom-up structural organelle model for the endoplasmic reticulum (ER). The model consists of highly dense lipidic nanotubes that are, in terms of morphology and dynamics, reminiscent of ER. The networks are derived from phospholipid double bilayer membrane patches adhering to a transparent Al2O3 substrate. The adhesion is mediated by Ca2+ in the ambient buffer. Subsequent depletion of Ca2+ by means of BAPTA/EDTA causes retraction of the membrane, resulting in spontaneous lipid nanotube network formation. The method only comprises phospholipids and microfabricated surfaces for simple formation of an ER model and does not require the addition of proteins or chemical energy (e.g., GTP or ATP). In contrast to the 3D morphology of the cellular endoplasmic reticulum, the model is two-dimensional (albeit the nanotube dimensions, geometry, structure, and dynamics are maintained). This unique in vitro ER model consists of only a few components, is easy to construct, and can be observed under a light microscope. The resulting structure can be further decorated for additional functionality, such as the addition of ER-associated proteins or particles to study transport phenomena among the tubes. The artificial networks described here are suitable structural models for the cellular ER, whose unique characteristic morphology has been shown to be related to its biological function, whereas details regarding formation of the tubular domain and rearrangements within are still not completely understood. We note that this method uses Al2O3 thin-film-coated microscopy coverslips, which are commercially available but require special orders. Therefore, it is advisable to have access to a microfabrication facility for preparation.

Solid-supported, protein-free, double phospholipid bilayer membranes (DLBM) can be transformed into complex and dynamic lipid nanotube networks and can serve as 2D bottom-up models of the endoplasmic reticulum.

היווצרות ספונטנית ו שחלוף של השומנים מלאכותי Nanotube רשתות כמודל מלמטה למעלה על רשתית תוך-פלזמית

We present a convenient method to form a bottom-up structural organelle model for the endoplasmic reticulum (ER). The model consists of highly dense ...

הפקה של רצועות יחיד של Ti-6Al-4V על-ידי האנרגיה התצהיר כדי לקבוע את עובי השכבה עבור התצהיר מרובת שכבות

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video