Сравнение между технологией DED и технологией WAAM

Введение

Крюк: Представьте себе, как слой за слоем создаются сложные металлические объекты, как расплавленный металл аккуратно наносится на поверхность, чтобы создать все, что угодно, - от высоченных компонентов ветряных турбин до сложных медицинских имплантатов. Эта захватывающая сфера принадлежит направленному энергетическому осаждению (DED) и проволочно-дуговому аддитивному производству (Wire Arc Additive Manufacturing).WAAM), две революционные технологии аддитивного производства металлов (AM).

Проблема: Выбор между DED и WAAM может оказаться непростой задачей. Оба варианта обладают впечатляющими возможностями, но их нюансы могут существенно повлиять на результаты проекта.

Решение: В этом углубленном исследовании мы рассмотрим DED и WAAM, сравним их основные аспекты, области применения и пригодность для различных сценариев.

Понимание технологии DED

Определение: DED - это широкая категория процессов AM, в которых используется концентрированный источник энергии (лазер, электронный луч, плазменная дуга) для расплавления и сплавления материала (обычно металлического порошка) на сборочной платформе, создавая 3D-объект слой за слоем.

Источники тепла:

Лазерный светодиод: Мощные лазеры обеспечивают точное управление и отличное разрешение, идеально подходящее для сложных геометрических форм. Среди популярных материалов - нержавеющая сталь, титановые сплавы и инконель.

Электронный луч DED: Генерирует высокосфокусированные пучки энергии в вакуумной камере, обеспечивая превосходную глубину плавления и совместимость с реактивными металлами, такими как титан.

Плазменная дуга DED: Используется плазменная горелка для расплавления исходного материала, что обеспечивает более высокую скорость осаждения и экономическую эффективность для больших конструкций, часто с использованием обычной сварочной проволоки.

Металлические порошки для DED:

Применение DED: Аэрокосмические компоненты, медицинские имплантаты, ремонт изношенных деталей, оснастки и крупных металлических конструкций.

Демистификация WAAM Технология

Определение: WAAM, или Wire Arc Additive Manufacturing, - это вариант DED, в котором используется непрерывная проволочная заготовка и электрическая дуга (обычно газовая дуговая сварка) для расплавления и нанесения материала.

Преимущества:

Эффективность затрат: WAAM использует существующую технологию дуговой сварки и легкодоступную проволоку, что делает его более доступным вариантом по сравнению с порошковыми процессами DED.

Высокие скорости осаждения: WAAM обеспечивает более высокую скорость осаждения благодаря непрерывной подаче проволоки и более высокой плотности энергии дуги, что делает его подходящим для крупномасштабных проектов.

Совместимость материалов: WAAM обеспечивает широкую совместимость материалов с различными распространенными сварочными проволоками, включая:

Сталь: Низкоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь (304L, 316L), дуплексная нержавеющая сталь и инструментальные стали.

Алюминий: Алюминиевые сплавы, такие как AlSi10Mg и Al 6061.

Никелевые сплавы: Инконель 625 и никелевый сплав 718.

Другие металлы: Медь, титановые сплавы (ограниченное применение из-за проблем с окислением).

Применение WAAM: Судостроение, строительство (компоненты мостов, балки), крупные сосуды под давлением, ремонт тяжелой техники и быстрое прототипирование крупных металлических конструкций.

Ключевые соображения: DED против WAAM

Скорость печати технологии DED и WAAM Технология отличается

• DED: Обеспечивает более широкий диапазон скоростей печати в зависимости от источника тепла и скорости подачи порошка. Лазерная DED обеспечивает более низкую скорость для высокоточных работ, в то время как плазменно-дуговая DED достигает более высоких скоростей для больших конструкций.
• WAAM: Как правило, отличается самой высокой скоростью осаждения среди DED-процессов благодаря непрерывной подаче проволоки и более высокой плотности энергии дуги.

Материальные затраты на технологию DED и технологию WAAM различны

• DED: Может быть дороже, особенно для процессов с использованием специализированных металлических порошков, таких как инконель, или реактивных металлов, таких как титан.
• WAAM: Как правило, более экономичны благодаря использованию легкодоступной и зачастую более дешевой сварочной проволоки.

Финишная обработка поверхности по технологии DED и технологии WAAM отличается

• DED: Лазерная DED обеспечивает наиболее гладкую поверхность благодаря точному контролю над лазерным лучом. Электронно-лучевая DED также позволяет получить хорошую отделку поверхности. Плазменно-дуговая DED, хотя и быстрее, может потребовать больше постобработки для достижения желаемого качества поверхности.
• WAAM: Обычно дает более грубую отделку поверхности по сравнению с лазерной DED из-за брызг, связанных с процессом дуговой сварки. Однако поверхности WAAM могут быть обработаны или отшлифованы для получения желаемой чистоты.

Области применения различны

• DED: Хорошо подходит для сложных, высокоточных деталей, требующих превосходной обработки поверхности, таких как аэрокосмические детали, медицинские имплантаты и пресс-формы.
• WAAM: Благодаря высокой скорости осаждения и экономичности он отлично подходит для создания крупных металлических конструкций, быстрого прототипирования громоздких деталей, компонентов судостроения и ремонта массивной техники.

Затраты на оборудование для технологий DED и WAAM

• DED: Системы DED, особенно использующие лазеры или электронные пучки, как правило, дороже, чем машины WAAM, из-за сложной технологии.
• WAAM: Системы WAAM часто используют существующую технологию дуговой сварки, что делает их более доступным вариантом DED.

Сравнительная таблица преимуществ и ограничений

Выбор между DED и WAAM

Оптимальный выбор между DED и WAAM зависит от конкретных требований вашего проекта:

Для сложных деталей с критической чистотой поверхности и более широким выбором материалов, вероятно, лучше выбрать DED (особенно Laser DED).

Для крупномасштабных, чувствительных к затратам приложений, где приоритетом является скорость осаждения и легкодоступные материалы, WAAM - это то, что нужно.

Дополнительные соображения:

• Сложность проекта: DED превосходно справляется со сложными геометрическими формами.
• Требования к материалам: DED предлагает более широкий выбор материалов, включая реактивные металлы.
• Объем производства: Скорость работы WAAM выгодна при реализации крупносерийных проектов.
• Бюджет: WAAM, как правило, более эффективен с точки зрения затрат.

Будущее DED и WAAM

Технологии DED и WAAM быстро развиваются. Можно ожидать, что будут достигнуты следующие успехи:

• Возможность использования нескольких материалов: DED и WAAM могут объединять функции для нанесения различных материалов в рамках одной сборки для композитных структур.
• Гибридные системы DED/WAAM: Сочетание DED и WAAM в одной машине может обеспечить большую гибкость в выборе материала и скорости осаждения.
• Улучшенный контроль и автоматизация: Усовершенствованное программное обеспечение и интеграция датчиков позволят более точно контролировать процесс печати.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Какая технология быстрее, DED или WAAM?

О: WAAM, как правило, отличается самой высокой скоростью осаждения среди процессов DED. Непрерывная подача проволоки и более высокая плотность энергии дуги в WAAM обеспечивают более быстрое осаждение материала по сравнению с DED, особенно с порошковыми методами DED. Однако при выполнении сложных работ, требующих высокой точности, лазерная DED может достигать умеренных скоростей.

Вопрос: Что дороже - DED или WAAM?

О: WAAM, как правило, является более экономичным вариантом. Вот разбивка:

• Оборудование: Системы WAAM используют существующую технологию дуговой сварки, что делает их более доступными, чем аппараты DED, особенно те, которые используют лазеры или электронные лучи.
• Материал: DED может быть дороже, если вам требуются специализированные металлические порошки, такие как Inconel, или реактивные металлы, такие как титан. В WAAM используется легкодоступная и зачастую более дешевая сварочная проволока.

В: Какая технология обеспечивает более качественную обработку поверхности?

О: DED, особенно лазерная DED, позволяет получить гладкую поверхность благодаря точному контролю над лазерным лучом. Электронно-лучевая DED также дает хорошие результаты. Плазменно-дуговая DED, хотя и работает быстрее, может потребовать больше постобработки для получения желаемого качества поверхности. WAAM обычно дает более грубую отделку по сравнению с лазерной DED из-за брызг, связанных с процессом дуговой сварки. Однако поверхности WAAM можно обработать или отшлифовать для получения более гладкой поверхности.

В: Для каких деталей подходят DED и WAAM?

О: DED и WAAM предназначены для разных областей применения:

• DED: Идеально подходит для сложных, высокоточных деталей, требующих превосходной обработки поверхности, таких как:
  • Аэрокосмические детали (лопатки турбин, компоненты двигателей)
  • Медицинские имплантаты (замена тазобедренного сустава, зубные протезы)
  • Пресс-формы и вставки для оснастки
• WAAM: Превосходно подходит для крупномасштабных металлических конструкций и приложений, где:
  • Высокая скорость осаждения имеет решающее значение (компоненты судостроения, мостовые балки)
  • Необходимо быстрое прототипирование громоздких деталей
  • Экономическая эффективность является основным фактором (ремонт массивной техники)

Вопрос: DED или WAAM более экологичны?

О: И DED, и WAAM можно считать экологически чистыми по сравнению с традиционными субтрактивными технологиями производства, такими как механическая обработка. Вот почему:

• Сокращение отходов материалов: В DED и WAAM используются аддитивные процессы, позволяющие создавать детали слой за слоем с минимальными потерями материала по сравнению с механической обработкой, при которой удаляются излишки материала.
• Потенциал для переработки: Металлические порошки, используемые в DED, потенциально могут быть переработаны и повторно использованы в будущих конструкциях, что минимизирует воздействие на окружающую среду.

В заключение, DED и WAAM - это мощные технологии аддитивного производства металлов с различными преимуществами и областями применения. Понимая их основные принципы, совместимость материалов и пригодность для различных требований к проектам, вы сможете принять взвешенное решение о том, какая технология лучше всего соответствует вашим потребностям. По мере развития этих технологий мы можем ожидать еще больших возможностей и более широкого применения в различных отраслях промышленности.

узнать больше о процессах 3D-печати