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:

Металлический порошок	Описание	Преимущества	Ограничения
Нержавеющая сталь 316L	Универсальная аустенитная сталь, известная своей превосходной коррозионной стойкостью, биосовместимостью и высокой прочностью.	Широко используется в аэрокосмической промышленности, медицинских имплантатах и химической обработке.	Может потребоваться постобработка для получения оптимальной поверхности.
Инконель 625	Никель-хромовый суперсплав, известный своей высокотемпературной прочностью, стойкостью к окислению и ползучести.	Используется в сложных аэрокосмических, газотурбинных и ядерных установках.	Дороже обычных сталей.
Титан Ti-6Al-4V	Рабочий титановый сплав, обеспечивающий хороший баланс прочности, веса и коррозионной стойкости.	Благодаря своей биосовместимости популярен в аэрокосмической промышленности, биомедицине и спортивных товарах.	Склонны к загрязнению кислородом во время печати, требуют осторожного обращения.
Алюминий AlSi10Mg	Сплав, сочетающий хорошую прочность с легкими свойствами и улучшенной литейной способностью.	Используется в автомобильной, аэрокосмической и морской промышленности для снижения веса.	Высокореактивные, требуют инертной газовой среды для печати.
Инструментальная сталь H13	Инструментальная сталь для горячей обработки, известная своей превосходной износостойкостью и горячей прочностью.	Используется для изготовления пресс-форм, штампов и пуансонов, применяемых в процессах обработки металлов давлением и ковки.	Может быть сложным для печати из-за высокого содержания углерода.
Никелевый сплав 718	Высокопрочный никелевый сплав, упрочняющийся в результате осадки, обеспечивающий превосходные механические свойства при повышенных температурах.	Используется в аэрокосмических компонентах благодаря своей прочности и устойчивости к ползучести.	Дороже, чем другие варианты.
Медь	Высокопроводящий металл, применяемый в тепловых и электрических целях.	Используется в электрических проводниках, теплообменниках и электронных компонентах.	Склонны к окислению во время печати, что требует мер контроля.
Кобальт-хром (CoCr)	Биосовместимый сплав, используемый для изготовления износостойких медицинских имплантатов.	Используется в эндопротезах тазобедренных и коленных суставов благодаря отличной износостойкости.	Может потребовать специального обращения и последующей обработки для оптимизации биосовместимости.
Инконель 718C	Разновидность сплава Inconel 625 с улучшенными характеристиками литья и свариваемостью.	Используется в лопатках турбин и других высокотемпературных областях.	По свойствам и ограничениям аналогична Inconel 625.

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

Характеристика	DED	WAAM
Источник тепла	Лазер, электронный луч, плазменная дуга	Электрическая дуга (газовая дуговая сварка)
Сырье	Металлический порошок	Непрерывный провод
Скорость осаждения	Варьируется (лазерный DED: медленный, плазменная дуга DED: более быстрый)	Высокая
Совместимость материалов	Более широкий спектр материалов, включая реактивные металлы	Преимущественно распространенные материалы для сварочной проволоки
Отделка поверхности	Может быть очень гладким (лазерный диод)	Как правило, более грубые
Приложения	Сложные детали, медицинские имплантаты, пресс-формы	Крупномасштабные конструкции, быстрое прототипирование, ремонт
Стоимость оборудования	Как правило, выше	Как правило, ниже
Стоимость материала	Может быть выше для специализированных порошков	Нижняя часть для обычных сварочных проволок

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