【技術電子報】增材製造:PBF與DED(3D列印技術模擬)

關鍵字: PBF, DMLS, SLM, LC, DED, DMD, Wire-Based LMD, Powder-Based LMD

2009年, ASTM 成立 F42技術委員會,針對新興技術建立工業標準。為了讓溝通更加明確,技術委員會建立了 ASTM F2792: Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies. 的文件,該標準目前增材製造技術進行了下列分類,包含了 Material extrusion, Material jetting, binder jetting, sheet lamination, 以及 photopolymerization。

在眾多增材製造技術中,PBF(Powder Bed Fusion) 以及 DED (Directed Energy Deposition) 被視為金屬成品製造的重點技術。

PBF 與 DED 的製程特色如下

資料來源: the fabricator.com


PBF (Powder Bed Fusion)

PBF 指的是一種 3D列印技術, 該製程採用電子束或是雷射,作用在由金屬粉末堆積而成的粉床上。加工時以一層一層的方式進行加工,每層的厚度約在 0.0012~0.004 inch. 每當一層加工熔融後,粉床會往下移動,同時在加工平面上再堆積一層粉末。


基於製造商專利問題,採用PBF製程原理的製程包含了 DMLS (Direct Laser Metal Sintering), SLM (Slective Laser Melting) 以及 LC (Laser Cusing). 在這類型製程中,粉床在製造過程中同時也擔任支撐(support) 的功能,因此在圖面加工前不需要考慮支撐結構,這對於設計人員而言是個非常好的功能。

FLOW-3D 已被廣泛應用於 PBF製程的數值模擬以及研究。


由於粉末粒徑大小、粉床鋪平製程與粉床製作完成之填充率有極大關係,研究人員可利用FLOW-3D DEM 模組進行相關參數模擬以及驗證。






另外,可利用 FLOW-3D WELD 模組進行熔池形成之數值模擬。




資料來源:


DED (Direct Energy Deposition)

DED 採用一專用設計之沉積頭 (deposition head),沉積頭能夠將金屬粉末或金屬絲送入正在熔化進行堆積的雷射光束中 (某些系統採用電子束)。目前採用DED製程的技術,包含了 DMD (Direct Metal Deposition), LENS (Laser-Engineered Net Shaping), LC (Laser Consolidation)。

前述加工技術可簡單分為兩大類:

採用金屬絲技術 Wire-Based Laser Metal Deposition (LMD)

採用粉末技術 Powder Based Laser Metal Deposition(LMD)

Wire-Based Laser Metal Deposition

該技術是基於雷射披覆的基礎,在雷射披覆製程中以雷射加熱金屬絲,直接在金屬製品上堆疊成型,如此可得到幾乎不需要做二次加工的成品。該製程可由雷射功率的調整,金屬絲的送線速度,以及送線方向等進行最佳化。



資料來源:

https://3dprintingindustry.com/news/gkn-aerospace-partners-oak-ridge-national-laboratory-large-scale-additive-manufacturing-115129/


FLOW-3D 的WELD 模組能夠精確模擬該製程可能的影響參數。



FLOW-3D 數值模擬


Powder-Based Laser Metal Deposition

與Wired-Based LMD不同, Powder-Based LMD採用的是將粉末送入雷射光加工範圍內。粉末可以提前混合,製作特定合金。該製程能夠製作高精度的金屬製品,可利用數值模擬找出最佳的粉末射出率及雷射參數。



資料來源:

www.intechopen.com/books/sintering-techniques-of-materials/an-overview-of-densification-microstructure-and-mechanical-property-of-additively-manufactured-ti-6a


FLOW-3D 數值模擬

結論

增材製造對於未來的機械製造產業會產生極大的變化。製造商也許將會重新定義”庫存”二字。對於傳統產品的開發流程來說,更可能重頭改變整個遊戲規則。FLOW-3D將持續投入相關的研究技術於AM製程上,協助客戶在機台開發、參數設定、製程調整等研究中持續精進。

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