Direct Energy Deposition (DED): allt du behöver veta

Källa: 3dnatives.com

Direct Energy Deposition, eller direkt energideponering (DED), är en 3D-utskriftsprocess som vanligtvis används för att reparera eller lägga till material på befintliga komponenter. Det är naturligtvis möjligt att tillverka delar från grunden med denna teknik, men den används ofta för industriella tillämpningar som reparation av skadade turbinblad eller propellrar.

I likhet med vissa pulverbäddstekniker (PBF) (såsom LPBF eller EBM) använder direkt energideponering en koncentrerad energikälla som en laser eller en elektronstråle för att smälta materialet. Materialet smälts dock i samma ögonblick som det deponeras från munstycket. På sätt och vis ligger denna teknik i gränslandet mellan materialextrudering och pulverbäddssmältning.

Det bör noteras att denna teknik ofta refereras till med andra namn såsom Laser Engineered Net Shaping (LENS), Direct Metal Deposition (DMD), Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM), etc., beroende på den specifika tillämpningen eller metoden.

Hur fungerar tekniken för direkt energideponering?

Som med alla 3D-utskriftstekniker börjar designen av en del med skapandet av en 3D-modell med hjälp av CAD-mjukvara. Delen skivas sedan av en slicer i en mängd lager, som representerar de olika materialskikt som krävs för att bilda delen.

Tekniken fungerar genom att deponera material på en bas eller en komponent som repareras via ett munstycke monterat på en flersaxig arm (vanligtvis 4 eller 5). Metallmaterialet som matar munstycket levereras i pulverform eller som tråd. Under deponeringen smälter en värmekälla materialet med hjälp av en laser, en elektronstråle eller en plasmabåge. Denna procedur utförs upprepade gånger tills lagren har stelnat och objektet är färdigt.

När det gäller elektronstrålesystem måste processen utföras i vakuum för att förhindra att elektronerna interagerar med eller avleds av luftmolekyler. Lasersystem kräver en helt inert kammare om man arbetar med reaktiva metaller; det krävs en betydande mängd gas och tid för att uppnå önskade syrenivåer. Alternativt kan man använda ett skyddande gashölje, vilket är tillräckligt för att skydda den deponerade metallen från kontaminering.

Material och tillämpningar

Denna process används vanligtvis med metaller, i pulver- eller trådform. Det är dock möjligt att använda DED även med polymerer och keramer. Exempelvis använder AREVO ett kolfiberfilament för DED för att tillverka lätta kompositdelar avsedda för slutkonsumenten. Det termoplastiska filamentet smälts av en värmekälla och komprimeras av en rulle för att skapa objektets lager.

När det gäller metaller kan nästan vilken svetsbar metall som helst 3D-printas med DED. Detta inkluderar titan och titanlegeringar, inconel, tantal, volfram, niob, rostfritt stål, aluminium, etc. Tråden som används har vanligtvis en diameter på 1-3 mm och pulverpartiklarnas storlek liknar de som används i pulvermetallurgiska processer, mellan 50 och 150 mikron.

Som tidigare nämnts är en av de unika tillämpningarna för denna teknik möjligheten att reparera metalldelar som har skadats. Enligt ASTM International: "DED har förmågan att producera relativt stora delar (utskriftsvolym > 1000 mm³) som kräver minimal mekanisk bearbetning och relativt lite efterbehandling. Dessutom kan DED-processer användas för att producera komponenter med koncentrationsgradienter eller hybridstrukturer bestående av olika material med olika sammansättningar och strukturer."

De främsta aktörerna på marknaden

Idag finns det flera tillverkare av DED-3D-skrivare på marknaden. BeAm är en av de främsta aktörerna inom sektorn. De erbjuder tre lösningar: Magic 80 samt Modulo 250 och 450. Alla använder laser som värmekälla. Bland andra tillverkare som skapar laser-DED-maskiner finns Trumpf, Optomec, FormAlloy, DMG Mori, InssTek, Relativity med flera.

När det gäller DED-system med elektronstråle är EBAM en teknik som kommersialiseras av Sciaky Inc; de erbjuder 5 olika maskiner och även möjligheten att skapa ett eget kundanpassat system. En annan tillverkare är Evobeam GmbH. Slutligen, bland tillverkare av plasmabåge-DED-3D-skrivare finns Norsk Titanium, WAAM, GEFERTEC, Prodways och Lincoln Electric.