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>

著者が明らかに何もありません。

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&#8217;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 ...

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Research

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Engineering

9.1K 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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Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials offering a superior control over the spatial distribution of charge carriers across material interfaces. As this study demonstrates, a combination of donor-acceptor nanocrystal (NC) domains in a single nanoparticle can lead to the realization of efficient photocatalytic1-5 materials, while a layered assembly of donor- and acceptor-like nanocrystals films gives rise to photovoltaic materials.
Initially the paper focuses on the synthesis of composite inorganic nanocrystals, comprising linearly stacked ZnSe, CdS, and Pt domains, which jointly promote photoinduced charge separation. These structures are used in aqueous solutions for the photocatalysis of water under solar radiation, resulting in the production of H2 gas. To enhance the photoinduced separation of charges, a nanorod morphology with a linear gradient originating from an intrinsic electric field is used5. The inter-domain energetics are then optimized to drive photogenerated electrons toward the Pt catalytic site while expelling the holes to the surface of ZnSe domains for sacrificial regeneration (via methanol). Here we show that the only efficient way to produce hydrogen is to use electron-donating ligands to passivate the surface states by tuning the energy level alignment at the semiconductor-ligand interface. Stable and efficient reduction of water is allowed by these ligands due to the fact that they fill vacancies in the valence band of the semiconductor domain, preventing energetic holes from degrading it. Specifically, we show that the energy of the hole is transferred to the ligand moiety, leaving the semiconductor domain functional. This enables us to return the entire nanocrystal-ligand system to a functional state, when the ligands are degraded, by simply adding fresh ligands to the system4.
To promote a photovoltaic charge separation, we use a composite two-layer solid of PbS and TiO2 films. In this configuration, photoinduced electrons are injected into TiO2 and are subsequently picked up by an FTO electrode, while holes are channeled to a Au electrode via PbS layer6. To develop the latter we introduce a Semiconductor Matrix Encapsulated Nanocrystal Arrays (SMENA) strategy, which allows bonding PbS NCs into the surrounding matrix of CdS semiconductor. As a result, fabricated solids exhibit excellent thermal stability, attributed to the heteroepitaxial structure of nanocrystal-matrix interfaces, and show compelling light-harvesting performance in prototype solar cells7.

A general strategy for the development of charge-separating semiconductor nanocrystal composites deployable for solar energy production is presented. We show that assembly of donor-acceptor nanocrystal domains in a single nanoparticle geometry gives rise to a photocatalytic function, while bulk-heterojunctions of donor-acceptor nanocrystal films can be used for photovoltaic energy conversion.

電荷分離ナノ結晶とその固体の手段によって太陽エネルギーを収穫

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials ...

工学

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, ...

Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many cases validated experimentally, for light weight or impact energy absorbing structures, as high surface area heat exchangers or electrodes, as implants to the body, and many more. Although great progress has been made in understanding their structure-properties relationships, the large number of different processing techniques, each producing material with different characteristics and structure, means that understanding of the individual effects of all aspects of structure is not complete. The replication process, where molten metal is infiltrated between grains of a removable preform material, allows a markedly high degree of control and has been used to good effect to elucidate some of these relationships. Nevertheless, the process has many steps that are dependent on individual &#8220;know-how&#8221;, and this paper aims to provide a detailed description of all stages of one embodiment of this processing method, using materials and equipment that would be relatively easy to set up in a research environment. The goal of this protocol and its variants is to produce metal foams in an effective and simple way, giving the possibility to tailor the outcome of the samples by modifying certain steps within the process. By following this, open cell aluminum foams with pore sizes of 1&#8211;2.36 mm diameter and 61% to 77% porosity can be obtained.

Replication is one of the processing techniques used for the production of porous metal sponges. In this paper one implementation of the method for the production of open celled porous aluminum is shown in detail.

気孔率に複製技術とエフェクトでオープンセルアルミフォームの製造のためのプロトコルのキャスト

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

熱蒸着および原子層堆積法によって記録し、効率のSnS太陽電池を作ります

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

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% ...

Synthesis and Characterization of High c-axis ZnO Thin Film by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System and its UV Photodetector Application

In this study, zinc oxide (ZnO) thin films with high c-axis (0002) preferential orientation have been successfully and effectively synthesized onto silicon (Si) substrates via different synthesized temperatures by using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system. The effects of different synthesized temperatures on the crystal structure, surface morphologies and optical properties have been investigated. The X-ray diffraction (XRD) patterns indicated that the intensity of (0002) diffraction peak became stronger with increasing synthesized temperature until 400 oC. The diffraction intensity of (0002) peak gradually became weaker accompanying with appearance of (10-10) diffraction peak as the synthesized temperature up to excess of 400 oC. The RT photoluminescence (PL) spectra exhibited a strong near-band-edge (NBE) emission observed at around 375 nm and a negligible deep-level (DL) emission located at around 575 nm under high c-axis ZnO thin films. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) images revealed the homogeneous surface and with small grain size distribution. The ZnO thin films have also been synthesized onto glass substrates under the same parameters for measuring the transmittance.
For the purpose of ultraviolet (UV) photodetector application, the interdigitated platinum (Pt) thin film (thickness ~100 nm) fabricated via conventional optical lithography process and radio frequency (RF) magnetron sputtering. In order to reach Ohmic contact, the device was annealed in argon circumstances at 450 oC by rapid thermal annealing (RTA) system for 10 min. After the systematic measurements, the current-voltage (I-V) curve of photo and dark current and time-dependent photocurrent response results exhibited a good responsivity and reliability, indicating that the high c-axis ZnO thin film is a suitable sensing layer for UV photodetector application.

We offered a method to directly synthesize high c-axis (0002) ZnO thin film by plasma enhanced chemical vapor deposition. The as-synthesized ZnO thin film combined with Pt interdigitated electrode was used as sensing layer for ultraviolet photodetector, showing a high performance through a combination of its good responsivity and reliability.

プラズマによる高c軸ZnO薄膜の合成とキャラクタリゼーションは、化学気相堆積システムとそのUV光検出器アプリケーションを強化しました

In this study, zinc oxide (ZnO) thin films with high c-axis (0002) preferential orientation have been successfully and effectively synthesized onto ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

転写印刷により水素化微結晶シリコン太陽電池の光トラッピング銀ナノ構造の統合

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two chalcogenide compositions are demonstrated: Ge23Sb7S70 and As40S60, which have both been studied extensively for planar mid-infrared (mid-IR) microphotonic devices. In this approach, uniform thickness films are fabricated through the use of computer numerical controlled (CNC) motion. Chalcogenide glass (ChG) is written over the substrate by a single nozzle along a serpentine path. Films were subjected to a series of heat treatments between 100 &#176;C and 200 &#176;C under vacuum to drive off residual solvent and densify the films. Based on transmission Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and surface roughness measurements, both compositions were found to be suitable for the fabrication of planar devices operating in the mid-IR region. Residual solvent removal was found to be much quicker for the As40S60 film as compared to Ge23Sb7S70. Based on the advantages of electrospray, direct printing of a gradient refractive index (GRIN) mid-IR transparent coating is envisioned, given the difference in refractive index of the two compositions in this study.

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

A method of uniform thickness solution-derived chalcogenide glass film deposition is demonstrated using computer numerical controlled motion of a single-nozzle electrospray.

均一な厚さのGeのエレクトロスプレーデポジション<sub&gt; 23</sub&gt; Sbの<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt;と同様に<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt;カルコゲナイドガラスフィルム

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

によってナノ構造イットリア安定化ジルコニア（YSZ）足場の高温製作<em&gt;その場での</em&gt;カーボンテンプレート化キセロゲル

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

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 ...