精确材料沉积
描述
通过将高能束聚焦以在基材上熔融金属粉末或金属丝,DED 能以极高精度进行材料沉积,形成牢固可靠的冶金结合,同时满足高端工程与修复应用对复杂细节的要求。
高效修复与增材制造
DED 在修复与增材制造方面表现出色,能够在现有结构上增材新材料,一次性完成磨损件修复与复杂零件制造,减少停机时间与成本,并保持高结构完整性与性能。
多材料与合金化能力
DED 支持在同一构建中沉积异种材料与进行合金化,可实现梯度过渡与定制材料性能,帮助工程师为全球各类严苛工业应用优化部件表现。
减少材料浪费与高效率
通过精准的沉积区域控制与粉末回收,DED 可显著降低材料浪费,提高构建效率与资源利用率,在满足严格质量与性能标准的同时降低生产成本。
方面
激光金属沉积(LMD)
电子束增材制造(EBAM)
电弧增材制造(WAAM)
技术
利用激光束在基材特定位置熔融金属粉末进行沉积。
在真空腔体内使用电子束熔融金属丝或金属粉末。
以电弧为热源,熔融送入喷嘴的金属焊丝进行沉积。
材料
钛、不锈钢、镍基合金、钴铬等金属。
常用钛,也可使用钽、钨等其他金属。
通常为标准焊丝,如钢、钛与铝等。
复杂度
可在现有零件上增材与修复部件。
受益于真空腔体的可扩展性,适合大型复杂零件。
更适合大型结构件,细节程度低于 LMD 与 EBAM。
表面质量
表面通常较粗糙,需后续机加工以提升表面质量。
表面优于 LMD,但通常仍需机加工。
表面一般更粗糙,常需要较多机加工与精整。
速度
速度中等,适合较小且细节丰富的特征。
在真空中电子束效率高,构建速率快。
沉积速率高,适合快速构建大尺寸结构。
精度
精度高,特别适用于细节修复与覆层。
精度良好,可通过控制束强与聚焦进行调节。
相对 LMD 与 EBAM 精度较低,更适合大尺寸构件。
成本
受激光系统与材料处理影响,运行成本较高。
需真空环境与复杂束控,成本较高。
相对成本较低,可利用标准焊接设备与材料。
应用
适用于航空航天修复、医疗植入物与工装等高价值应用。
主要用于航空航天大尺寸部件,如发动机组件。
常见于造船、重型机械及需大尺寸金属件的行业。
环境影响
与传统制造相比废料更少,但激光过程能耗高。
能耗较高但在受控环境中效率更好,材料浪费较少。
由于电弧焊接特性,废料与排放更多,但在大规模生产中效率较高。
设计要点
指南
原因
最小特征尺寸
通常 ≥ 1 mm
确保特征可被准确成形并具备足够的机械强度。
壁厚
最小 2 mm
更薄壁会因热应力而不稳定或发生翘曲。
支撑
超过 45° 的悬垂通常需要支撑
支撑可防止变形并有助于构建复杂几何。
摆放方向
优化以尽量减少支撑与高热暴露
合理方向可降低用料与构建时间,并减小热变形。
排粉孔
除非为中空结构,一般不涉及
用于中空设计中移除滞留粉末或支撑材料。
装配间隙
装配建议 ≥ 0.5 mm
补偿沉积过程中的材料堆积与热效应。
层厚
取决于喷嘴尺寸与送丝/送粉流量;常见为 0.5–2 mm
较厚层可加快构建,但表面质量会降低。
后处理
几乎必需,如机加工或磨削
DED 表面通常较粗糙,需精加工以满足技术要求。
填充
通常为致密实体,但可按需设置梯度
通过调整填充以优化强度、重量等材料性能。
整体较粗糙,受沉积参数影响显著
需采用精整工序以获得光滑或高精度表面。
热管理
设计阶段需重点考虑
恰当的热管理可避免残余应力与变形。
公差
通常为 ±0.5 mm 或更大,取决于设备与控制系统
相比其他增材工艺,DED 的尺寸精度通常较低。