Direct Energy Deposition (DED): wszystko, co musisz wiedzieć

Źródło: 3dnatives.com

Bezpośrednie osadzanie energii lub Direct Energy Deposition (DED) to proces druku 3D typowo wykorzystywany do naprawy lub dodawania materiału do istniejących komponentów. Oczywiście możliwe jest wytwarzanie części od podstaw przy użyciu tej technologii, jednak często stosuje się ją w zastosowaniach przemysłowych, takich jak naprawa uszkodzonych łopatek turbin czy śmigieł.

Podobnie jak w przypadku niektórych technologii stapiania w złożu proszkowym (PBF) (takich jak LPBF lub EBM), bezpośrednie osadzanie energii wykorzystuje skoncentrowane źródło energii, np. wiązkę laserową lub elektronową, do topienia materiału. Jednakże materiał jest topiony w tym samym momencie, w którym jest nanoszony przez dyszę. Pod pewnymi względami technologia ta znajduje się na pograniczu wytłaczania materiału oraz stapiania w złożu proszkowym.

Należy zauważyć, że technologię tę często określa się innymi nazwami, takimi jak Laser Engineered Net Shaping (LENS), Direct Metal Deposition (DMD), Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM) itp., w zależności od konkretnego zastosowania lub metody.

Jak działa technologia Direct Energy Deposition?

Jak w przypadku każdej techniki druku 3D, projekt części rozpoczyna się od stworzenia modelu 3D przy użyciu oprogramowania CAD. Następnie część jest dzielona przez slicer na wiele warstw, które reprezentują poszczególne warstwy materiału potrzebne do uformowania obiektu.

Technika ta polega na osadzaniu materiału na bazie lub na naprawianym komponencie za pomocą dyszy zamontowanej na ramieniu wieloosiowym (zazwyczaj 4- lub 5-osiowym). Metalowy materiał, którym zasilana jest dysza, dostarczany jest w formie proszku lub drutu. Podczas osadzania źródło ciepła topi materiał przy użyciu lasera, wiązki elektronów lub łuku plazmowego. Procedura ta jest powtarzana aż do momentu, gdy warstwy zastygną i obiekt będzie kompletny.

W przypadku systemów wykorzystujących wiązkę elektronów, proces musi być przeprowadzany w próżni, aby zapobiec oddziaływaniu elektronów z cząsteczkami powietrza lub ich odchylaniu. Systemy laserowe wymagają całkowicie obojętnej komory, jeśli pracuje się z metalami reaktywnymi, co wymaga znacznej ilości gazu i czasu na osiągnięcie pożądanych poziomów tlenu. Alternatywnie można zastosować osłonę z gazu ochronnego, wystarczającą do zabezpieczenia osadzanego metalu przed zanieczyszczeniem.

Materiały i zastosowania

Proces ten jest zazwyczaj stosowany w przypadku metali, w postaci proszku lub drutu. Możliwe jest jednak użycie DED również z polimerami i ceramiką. Na przykład firma AREVO stosuje w technologii DED filament z włókna węglowego do wytwarzania lekkich części kompozytowych dla konsumentów końcowych. Termoplastyczny filament jest topiony przez źródło ciepła i zagęszczany przez rolkę w celu utworzenia warstw obiektu.

Jeśli chodzi o metale, niemal każdy spawalny metal może być drukowany w 3D za pomocą DED. Obejmuje to tytan i stopy tytanu, inconel, tantal, wolfram, niob, stal nierdzewną, aluminium itp. Używany drut ma zazwyczaj średnicę 1-3 mm, a wielkość cząstek proszku jest zbliżona do tej stosowanej w procesach metalurgii proszków, między 50 a 150 mikronów.

Jak wskazano powyżej, jednym z unikalnych zastosowań tej technologii jest możliwość naprawy uszkodzonych części metalowych. Według ASTM International: „DED ma zdolność wytwarzania stosunkowo dużych części (objętość wydruku > 1000 mm³), które wymagają minimalnej obróbki mechanicznej i stosunkowo niewielkiej obróbki wtórnej. Ponadto procesy DED mogą być wykorzystywane do wytwarzania komponentów z gradientem koncentracji lub struktur hybrydowych złożonych z różnych materiałów charakteryzujących się odmiennymi składami i strukturami”.

Główni gracze na rynku

Obecnie na rynku dostępnych jest wielu producentów drukarek 3D DED. BeAm jest jednym z kluczowych graczy w sektorze. Oferuje trzy rozwiązania: Magic 80 oraz Modulo 250 i 450. Wszystkie wykorzystują laser jako źródło ciepła. Wśród innych producentów tworzących maszyny laserowe DED znajdują się Trumpf, Optomec, FormAlloy, DMG Mori, InssTek, Relativity i inni.

Jeśli chodzi o systemy DED z wiązką elektronów, EBAM jest technologią komercjalizowaną przez Sciaky Inc.; oferuje 5 różnych maszyn, a także możliwość stworzenia własnego, spersonalizowanego systemu. Innym producentem jest Evobeam GmbH. Wreszcie, wśród producentów drukarek 3D DED z łukiem plazmowym znajdują się Norsk Titanium, WAAM, GEFERTEC, Prodways i Lincoln Electric.