技術名稱 直接能量(DED)沉積金屬積層製造列印機台與加工技術
計畫單位 工程科技推展中心
計畫主持人 黃聖杰
技術簡介
直接能量沉積製程(DED)又稱為金屬雷射融覆,是積層製造技術製作金屬工件的方法之一,其原理為將粉末流與雷射光束以同軸方式輸出於被加工工件之表面,由雷射光熱效應作用於撒入之粉末流與工件表面熔池,藉由高溫融化金屬粉末與工件表面產生冶金變化,而達到工件表面積層高度增加的融覆目的,經由不斷積層融覆就可形成3D物件。本團隊過去數年致力於此項技術的發展,獲得良好之成果。
本技術包含二大項: 機台技術與加工成型技術
(1)機台技術: DED機台需整合工具機與雷射系統,雷射系統與工具機都俱備獨立控制器。本技術透過外部接點觸發雷射控制器,控制雷射系統相關功能。雷射設備各功能確認後,進行PLC的IO接口確認及PLC程式撰寫,於模擬器中進行PLC階梯圖開發及建立雷射系統人機介面,最後進行電路接線規劃後,實踐結合雷射系統、供粉系統、冰水機及安裝雷射頭於一部五軸CNC工具機,透過改寫工具機中控制器的控制程式,產出一部具直接能量沉積功能之工具機,更由所開發的人機介面,監控機台的狀況,並指揮控制器控制DED製程加工路徑,同時輸出雷射與金屬粉末於加工平面積層製造出工件。
(2)製程成型技術: 本技術整合與優化DED機台製程參數,藉由回歸分析決定各製程參數設定值或範圍,針對三個顯著控制因子雷射功率、掃描速度及供粉量進行一次因子實驗,並進行氣路優化找出最佳的製程參數,且由路徑規劃觀察各路徑披覆的結果,最後透過路徑的優化寫成CAM路徑規劃軟體,讓成品的外觀平整度及機械性質提高,達到製程參數、微結構及機械性質可預測的目標。
本技術由於使用金屬粉末,在需大量移除材料的工件如航太、汽車等產業的應用性相當大。此外,DED製程為3D列印技術的一種,可以製作非常複雜的工件,若能將工件整合設計則本來需大量零件的工件將只需要少量的零件就可以滿足需求,在成本上具有極大之優勢。由於DED使用灑粉方式製作工件,因此DED可以用來發展各種新合金材料特別是像gradient material等特殊但不易用其他方式生產製造的材料就很適合使用DED,因此DED未來的應用非常具有將來性與經濟性。
科學突破性
整合工具機與雷射系統,產出具人機介面與整合雷射控制功能之工具機,能指揮控制融覆加工路徑。另外也整合與優化DED機台製程參數,決定各製程參數設定值或範圍,透過路徑的優化寫成CAM軟體,讓製程參數、微結構及機械性質可預測,所產出工件品質不輸給國外,且在披覆速度及披覆效率方面均與國外機台一樣有競爭力。
產業應用性
DED使用灑粉方式製作工件,在需大量移除材料的工件如航太、汽車等產業的應用性相當大。此外,DED可以製作非常複雜的工件,工件整合設計後只需要少量的零件就可以滿足需求。用來發展新合金材料特別是像gradient material等不易用其他方式生產製造的材料就很適合,因此DED非常具有將來性與經濟性。
關鍵字 直接能量沉積 雷射融覆 DED機台 製程成型技術 CNC工具機 可程式控制器 供粉機 雷射能量 掃描速度 金屬3D列印
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