ការបោះពុម្ពខ្សែធ្វើឱ្យការបោះពុម្ព 3D លើលោហៈមានប្រសិទ្ធភាពយ៉ាងដូចម្តេច?

របៀបដែលការបោះពុម្ពខ្សែធ្វើឱ្យការបោះពុម្ព 3D លើលោហៈមានប្រសិទ្ធភាពកាន់តែខ្ពស់

ក្រុមហ៊ុនផលិតផលអាកាសចរណ៍មួយដែលផលិតគ្រឿងប្រអប់រចនាសម្រាប់រចនាសម្ព័ន្ធ ដែលធ្វើពីទីតានីយ៉ូម បានប្រៀបធៀបវិធីសាស្ត្រផលិតបន្ថែមពីរបែបសម្រាប់ផលិតគ្រឿងប្រអប់ Ti-6Al-4V មួយដែលមានទម្ងន់ ៤៥ គីឡូក្រាម។ ប្រព័ន្ធផលិតបន្ថែម DED ដែលប្រើឡាស៊ែរ និងប៉ូវដ៍ បានបំពេញសារធាតុនៅអត្រា ០,៦ គីឡូក្រាម/ម៉ោង ដោយមានការប្រើប្រាស់សារធាតុ ៦០% — ដែលស្មើនឹងការប្រើប្រាស់ប៉ូវដ៍ប្រហែល ៧៥ គីឡូក្រាម ដើម្បីផលិតគ្រឿងប្រអប់មួយដែលមានទម្ងន់ ៤៥ គីឡូក្រាម ហើយប៉ូវដ៍ ៣០ គីឡូក្រាមដែលមិនបានរលាយត្រូវបានសម្អាត និងប្រើប្រាស់ឡើងវិញ។ ក ការបោះពុម្ពខ្សែ ប្រព័ន្ធបញ្ចូល DED បានបញ្ចូលរូបរាងដូចគ្នានៅល្បឿន ១,០ គីឡូក្រាម/ម៉ោង ជាមួយនឹងការប្រើប្រាស់វត្ថុធាតុដើមប្រហែល ១០០% — ខ្សែដែលមានទម្ងន់ ៤៥,៥ គីឡូក្រាម បានផលិតជាផ្នែកសម្រេចបាន ៤៥ គីឡូក្រាម។ វិធីសាស្រ្តប្រើខ្សែបានផលិតផ្នែកនេះក្នុងរយៈពេល ៤៥ ម៉ោង បើធៀបទៅនឹង ៧៥ ម៉ោងដែលប្រើវិធីសាស្រ្តផ្សេងៗ ហើយថ្លៃវត្ថុធាតុដើមទាបជាង ៤០% ក្នុងមួយគីឡូក្រាមនៃវត្ថុដែលបានបញ្ចូល។

ការបោះពុម្ពខ្សែ នៅក្នុងការផលិតបន្ថែមលើលោហៈ — ទោះបីជាដំណាំដែលប្រើអំពើលើផ្ទៃ (WAAM) ដែលប្រើឡាស៊ែរ ឬដែលប្រើផ្ទៃប៉ាឡាស់មានការផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងសំខាន់លើសេដ្ឋកិច្ចមូលដ្ឋាននៃដំណាំនេះ។ ភាពខុសគ្នារវាងខ្សែ និងប៉ូវដ៍មានច្រើនជាងការខុសគ្នាតែមួយគត់នៅលើទម្រង់រូបកាយនៃវត្ថុធាតុដើម។

ខ្សែ ប្រឆាំងនឹង ប៉ូវដ៍ — ចន្លោះប្រសិទ្ធិភាព

អត្រាការដាក់បញ្ចូល

ភាពខុសគ្នានៃអត្រាបញ្ចូលរវាងខ្សែ និងប៉ូវដ៍មានឫសគល់នៅក្នុងរូបវិទ្យា។ ការបញ្ចូលដែលប្រើប៉ូវដ៍ ការបោះពុម្ពខ្សែ វិធីសាស្រ្តជំនួសគឺត្រូវបញ្ជូនកាកសំណល់ផ្សែង (powder particles) តាមរយៈខ្យល់ដែលហៀរចូលទៅក្នុងអណ្តាតរាវ (melt pool) ដែលកាកសំណល់ផ្សែងទាំងអស់ដែលប៉ះផ្ទះនឹងផ្ទៃនៃអណ្តាតរាវនឹងជាប់នៅលើវា ចំណែកឯកាកសំណល់ផ្សែងដែលនៅសល់នឹងត្រូវបានខ្យល់ហៀរយកទៅ ឬត្រូវបានឆ្លុះចេញពីផ្ទៃសារធាតុរឹងដែលហ័រនៅជុំវិញអណ្តាតរាវ។ ប្រសិទ្ធភាពនៃការដាក់បញ្ចូលកាកសំណល់ផ្សែង (deposition efficiency) នៅក្នុងប្រព័ន្ធដែលប្រើកាកសំណល់ផ្សែង ជាទូទៅមានចន្លោះពី ៥០% ដល់ ៧០% ដែលមានន័យថា ៣០% ដល់ ៥០% នៃកាកសំណល់ផ្សែងដែលទិញមកត្រូវបានប៉ះចេញ (overspray) ហើយត្រូវបានប្រមូល សម្អាត និងអាចយកមកប្រើប្រាស់ឡើងវិញបាន។

ប្រព័ន្ធដែលប្រើខ្សែ (wire-fed systems) បញ្ជូនខ្សែរាវ (solid filament) បន្តទៅក្នុងអណ្តាតរាវ។ រាល់មីលីម៉ែត្រនៃខ្សែនឹងក្លាយជាលោហៈដែលបានដាក់បញ្ចូល។ ប្រសិទ្ធភាពនៃការដាក់បញ្ចូលអាចឈានដល់ ១០០% — ដែលមានតែប្រវែងខ្លីៗនៃខ្សែរវាងប៉ះក្បាលបញ្ជូន (feed nozzle) និងអណ្តាតរាវប៉ុណ្ណោះដែលអាចបាត់បង់បាន ហើយប្រព័ន្ធខ្សែសម័យទំនើបដែលមានការគ្រប់គ្រងការបញ្ជូនដែលសម្របសម្រួលគ្នាបានកាត់បន្ថយការបាត់បង់នេះឱ្យមានកម្រិតអាចមើលមិនឃើញ។ ការបោះពុម្ពខ្សែ ប្រព័ន្ធដែលប្រើខ្សែដែលមានការគ្រប់គ្រងការបញ្ជូនដែលសម្របសម្រួលគ្នាបានកាត់បន្ថយការបាត់បង់នេះឱ្យមានកម្រិតអាចមើលមិនឃើញ។

ភាពខុសគ្នានៃអត្រាគឺមានសារៈសំខាន់ណាស់។ ការប៉ះផ្តាច់ដោយប្រើខ្សែឡាស៊ែរ អាចសម្រេចបាននូវអត្រាប៉ះផ្តាច់ ≥១,០ គីឡូក្រាម/ម៉ោង ក្រោមលក្ខខណ្ឌថាមពលឡាស៊ែរដែលស្មើគ្នា ដែលការប៉ះផ្តាច់ដោយប្រើជាក់បាក់ធ្វើឱ្យបានតែប្រហែល ០,៦ គីឡូក្រាម/ម៉ោង — ដែលជាអត្ថប្រយោជន៍ផលិតភាព ៤០%។ ប្រព័ន្ធខ្សែផ្អែកលើអេឡិចត្រូដ (arc-based wire systems) ដែលប្រើបច្ចេកវិទ្យា Cold Metal Transfer (CMT) អាចសម្រេចបាននូវអត្រាប៉ះផ្តាច់ ២–៥ គីឡូក្រាម/ម៉ោង សម្រាប់ស្ពាល់ដែក និងស្ពាល់នីកែល ហើយអាចបង្កើនទៅ ១០ គីឡូក្រាម/ម៉ោង សម្រាប់ការកំណត់ដែលមានអត្រាប៉ះផ្តាច់ខ្ពស់ លើគ្រឿងបរិក្ខារធំៗ។ ប្រព័ន្ធប៉ះផ្តាច់ប៉ះផ្តាច់ដែលមានសមត្ថភាពខ្ពស់បំផុត ដែលប្រើប្រាស់គ្រាប់ផ្សារ (powder bed fusion systems) ដំណើរការនៅ ០,០១–០,១ គីឡូក្រាម/ម៉ោង។

ការប្រើប្រាស់សារធាតុ

គម្លាតនៃការប្រើប្រាស់សារធាតុ គឺមានសារៈសំខាន់ជាងគម្លាតនៃអត្រាប៉ះផ្តាច់ទៀត។ ប្រព័ន្ធដែលប្រើប្រាស់ជាក់បាក់ ជាទូទៅអាចសម្រេចបាននូវការប្រើប្រាស់ ៦០% — គឺ ១០០ គីឡូក្រាម នៃជាក់បាក់ដែលទិញមក អាចផលិតបាន ៦០ គីឡូក្រាម នៃសារធាតុដែលបានប៉ះផ្តាច់។ សំណល់ ៤០ គីឡូក្រាម ដែលនៅសល់ គឺជាការរួមបញ្ចូលគ្នានៃការប៉ះផ្តាច់លើស (overspray) ដែលអាចប្រមូលបានវិញតាមរយៈការស្រាល ប៉ុន្តែត្រូវបានធ្លាក់គុណភាពដោយសារការរលាយមួយផ្នែក និងការអុកស៊ីត (oxidation) ការប៉ះផ្តាច់រាយ (spatter) ដែលមិនអាចប្រមូលបានវិញ និងសារធាតុដែលបានកកនៅលើជញ្ជាំងនៃបរិវេណ (condensate on chamber walls)។

ការបោះពុម្ពខ្សែ សម្រេចបាននូវការប្រើប្រាស់សារធាតុដែលមានប្រសិទ្ធភាពជិត ១០០%។ ខ្សែដែលប្រើជាប្រភពផ្គត់ផ្គង់គឺជាផលិតផលឧស្សាហកម្មដែលបានបញ្ចប់រួចរាល់ — ត្រូវបានគំនូរឱ្យមានអង្កត់ផ្ចិតត្រឹមត្រូវ (±០,០១ មម) ដែលមានសមាសភាពត្រួតត្រាបាន ភាពស្អាតនៃផ្ទៃ និងលក្ខណៈរបស់ការតម្រីស និងការបង្វិល ដែលធានាបាននូវការបញ្ជូនដែលមានស្ថេរភាព។ តម្លៃខ្សែក្នុងមួយគីឡូក្រាម ជាទូទៅទាបជាង ៤០–៦០% ធៀបនឹងម៉ាស៊ីនប៉ូវដ៍ដែលមានគុណភាពស្មើគ្នា ពីព្រោះការបំបែកលោហៈទៅជាប៉ូវដ៍គ្រប់គ្រាប់ដែលមានចំនួនទំហំដែលត្រួតត្រាបានយ៉ាងតឹងរ៉ឹង គឺជាដំណាំដែលទាមទារថាមពលខ្ពស់ ហើយបន្ថែមតម្លៃប្រភពផ្គត់ផ្គង់ចំនួន ១៥–៥០ ដុល្លារអាមេរិកក្នុងមួយគីឡូក្រាម ធៀបនឹងការគំនូរខ្សែ។

ហេតុអ្វីបានជាខ្សែអាចធ្វើឱ្យការបង្កើតធំជាង និងលឿនជាង

រូបវិទ្យានៃការផ្តល់ជាប៉ុណ្ណូរ បង្កើតបាននូវដែនកំណត់ទំហំជាក់ស្តែងសម្រាប់ការផលិតបន្ថែមដែលផ្អែកលើប៉ុណ្ណូរ។ នៅពេលដែលតំបន់រាវរលាយកាន់តែធំឡើងដើម្បីទទួលយកអត្រាបញ្ជូនខ្ពស់ជាងមុន ស្ទ្រេមប៉ុណ្ណូរត្រូវតែគ្របដណ្តប់លើតំបន់ធំជាងមុនដោយស្មើគ្នា។ ឌីណាមិកចរន្តឧស្ម័នកាន់តែពិបាកគ្រប់គ្រងជាងមុន — កំរិតប៉ុណ្ណូរដែលមកដល់គែមនៃតំបន់រាវរលាយ ប្រហែលជាមិនរលាយទាំងស្រុង ដែលបណ្តាលឱ្យមានការខ្វះការភ្ជាប់ (lack-of-fusion)។ ការផ្តល់ជាប៉ុណ្ណូរប្រភេទខ្សែដោះស្រាយបញ្ហានេះ ពីព្រោះខ្សែចូលទៅក្នុងតំបន់រាវរលាយតាមចំណុចតែមួយ ដោយមិនគិតពីទំហំនៃតំបន់រាវរលាយ ហើយឌីណាមិកនៃតំបន់រាវរលាយនឹងចែកចាយវាទៅទូទាំងតំបន់។

នេះគឺជាមូលហេតុដែលការផលិតបន្ថែមទំហំធំ — ដែលមានគ្រឿងផ្សំដែលមានទំហំលើសពីមួយម៉ែត្រនៅក្នុងគ្រប់ទិសដើម — ប្រើដំណាំផ្អែកលើខ្សែជាប៉ុណ្ណូរយ៉ាងច្រើន។ កង់ប៉ែតអាលុយមីញ៉ូមប្រវែងប្រាំមួយម៉ែត្រដែលបានបោះដោយបច្ចេកវិទ្យា ការបោះពុម្ពខ្សែ WAAM គឺជាបច្ចេកវិទ្យាដែលអាចអនុវត្តបានជាក់ស្តែងក្នុងវិស័យពាណិជ្ជកម្ម; គ្រឿងផ្សំដែលដូចគ្នានេះ បើប្រើបច្ចេកវិទ្យាប៉ុណ្ណូរប៉ែត ឬបច្ចេកវិទ្យា DED ដែលផ្អែកលើប៉ុណ្ណូរ នឹងត្រូវការប្រព័ន្ធដែលមានទំហំ និងថ្លៃដើមដែលមិនអាចទទួលយកបាន ហើយពេលវេលាបោះនឹងវាស់ជាសប្តាហ៍ ជាជាងថ្ងៃ។

តម្លៃក្នុងមួយគីឡូក្រាម

ផលប៉ះពាល់រួមគ្នានៃអត្រាបញ្ចូលខ្ពស់ជាង ការប្រើប្រាស់វត្ថុធាតុដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ជាង និងថ្លៃដើមវត្ថុធាតុទាបជាង បណ្តាលឱ្យមានគុណសម្បត្តិថ្លៃដើមក្នុងមួយគីឡូក្រាមសម្រាប់ ការបោះពុម្ពខ្សែ ដែលធ្វើឱ្យផ្នែកបន្ថែមលោហៈធំៗមានភាពអាចទិញបានផ្នែកសេដ្ឋកិច្ច។ សម្រាប់សមាសធាតុទីតានីយ៉ូម ថ្លៃដើមនៃការបញ្ចូលដែលប្រើខ្សែមានតម្លៃ ១៥០–៣០០ ដុល្លារក្នុងមួយគីឡូក្រាមនៃផ្នែកចុងក្រោយ បើប្រៀបធៀបទៅនឹង ៤០០–៨០០ ដុល្លារក្នុងមួយគីឡូក្រាមសម្រាប់ការបញ្ចូលដោយប្រើឡាស៊ែរដែលប្រើជាក់ស្តេរ និង ៨០០–២,០០០ ដុល្លារ ឬច្រើនជាងនេះក្នុងមួយគីឡូក្រាមសម្រាប់ការបញ្ចូលដោយប្រើគ្រាប់ផ្សែង។ សម្រាប់ស្ពាល់ និងសមាសធាតុនីកែល សមាមាត្រទាំងនេះមានលក្ខណៈស្រដៀងគ្នាទោះបីជាថ្លៃដើមសរុបទាបជាងក៏ដោយ។

សំណួរដែលត្រូវបានសួរប្រចាំ

ការបោះពុម្ពដែលប្រើខ្សែលឿនប៉ុណ្ណាទៅបើប្រៀបធៀបទៅនឹងការបោះពុម្ពលោហៈបើប្រើជាក់ស្តេរ?

ការបញ្ចូលដែលប្រើឡាស៊ែរនិងខ្សែមានអត្រា ≥១,០ គីឡូក្រាម/ម៉ោង បើប្រៀបធៀបទៅនឹង ០,៦ គីឡូក្រាម/ម៉ោងសម្រាប់ការបញ្ចូលដែលប្រើឡាស៊ែរនិងជាក់ស្តេរដែលស្មើគ្នា — ដែលបង្ហាញពីគុណសម្បត្តិផលិតភាព ៤០%។ ប្រព័ន្ធដែលប្រើខ្សែដែលប្រើអាក់ (WAAM) អាចសម្រេចបាន ២–៥ គីឡូក្រាម/ម៉ោងសម្រាប់ស្ពាល់ និងសមាសធាតុនីកែល ហើយអាចឈានដល់ ១០ គីឡូក្រាម/ម៉ោងក្នុងការកំណត់ដែលមានអត្រាបញ្ចូលខ្ពស់។ ប្រព័ន្ធបោះពុម្ពដែលប្រើគ្រាប់ផ្សែងលឿនបំផុតដំណើរការនៅ ០,០១–០,១ គីឡូក្រាម/ម៉ោង ដែលធ្វើឱ្យការបោះពុម្ពដែលប្រើខ្សែលឿនជាង ១០–៥០០ ដង អាស្រ័យលើការប្រៀបធៀប។

ហេតុអ្វីបានជាការបោះពុម្ពខ្សែ (wire printing) សម្រេចបាននូវការប្រើប្រាស់សារធាតុ ១០០%?

ខ្សែត្រូវបានបញ្ជូលជាប៉ះទង្គិលរួមគ្នាដែលមានភាពបន្តដោយផ្ទាល់ទៅក្នុងផ្ទៃរាវរាយ (melt pool)។ រាល់មីលីម៉ែត្រនៃខ្សែត្រូវបានដាក់បញ្ចូលទៅជាអំពើលោហៈ។ ប្រព័ន្ធដែលប្រើជាប៉ះទង្គិលប៉ូវដ៍ (powder-fed systems) បាត់បង់សារធាតុប៉ូវដ៍ ៣០–៥០% ជាអ្វីដែលហៅថា overspray — គឺជាផ្នែកតូចៗដែលមិនបានចូលទៅក្នុងផ្ទៃរាវរាយ ហើយត្រូវបានគេប៉ុសចេញដោយស្ទ្រេមឧស្ម័ន។ ប្រសិទ្ធិភាពក្នុងការផ្ទេរសារធាតុដែលជិតល្អឥតខ្ចះខ្ចាយនេះ បានលុបបំបាត់ការបាត់បង់សារធាតុដែលជាបញ្ហាធម្មតាក្នុងដំណាំដែលប្រើប៉ះទង្គិល។

តើលោហៈដែលបោះពុម្ពដោយប្រើខ្សែ មានភាពរឹងមាំដូចគ្នានឹងលោហៈដែលបោះពុម្ពដោយប្រើប៉ះទង្គិល ឬលោហៈដែលផលិតតាមវិធីប្រពៃណីឬទេ?

បាទ/ចាស។ ការបោះពុម្ពដោយប្រើខ្សែផលិតបាននូវការដាក់បញ្ចូលដែលពេញលេញ ដែលមានលក្ខណៈមេកានិកដែលសមស្រប ឬល្អជាងស្តង់ដារសម្រាប់លោហៈដែលបានរីកចម្រើន (wrought material specifications)។ សម្រាប់ Inconel 625 ផ្នែកដែលបោះពុម្ពដោយប្រើ DED មានស្តង់ដារការប៉ះទង្គិល (yield strengths) ៤០១ MPa ស្តង់ដារការទាញ (tensile strengths) ៧២៤ MPa និងការប៉ះទង្គិល (elongation) ៥៧%។ ការរឹងតាមរយៈការរីកចម្រើនយ៉ាងឆាប់រហ័សក្នុងដំណាំ DED បង្កើតបាននូវរចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូ (microstructures) ដែលមានគ្រាប់តូចៗ ដែលជាទូទៅល្អជាងលោហៈដែលបានរ៉ែ (cast material) ហើយស្មើនឹងលោហៈដែលបានរ៉ែដោយការប៉ះទង្គិល (forged material)។

តើអ្វីខ្លះជាលោហៈដែលអាចប្រើបានសម្រាប់ការបោះពុម្ពដោយប្រើខ្សែ?

សារធាតុដែលមានសារធាតុទីតានីយ៉ូម (Ti-6Al-4V) សារធាតុដែលមាននីកែល (Inconel 625, 718) ស្សេលអ៊ីណុក (316L, 17-4PH) សារធាតុដែលមានអាលុយមីញ៉ូម (2319, 4043, 5356) ស្សេលកាបូន និងសារធាតុដែលមានកូបាល់-ក្រូម គឺមានជាប់ផ្សាយជាទូទៅជាជាក់ស្តែងជាសារធាតុប្រភេទ DED ។ អ្នកផលិតសារធាតុបានចាប់ផ្តើមផ្តល់ជាប់ផ្សាយសារធាតុដែលមានរូបមន្តសម្រាប់ការផលិតបន្ថែម (additive manufacturing) ជាពិសេស ជាជាងការប្រើប្រាស់សម្រាប់ការភ្ជាប់ (welding)។

តើការបោះពុម្ពដោយប្រើសារធាតុមានការកំណត់អ្វីខ្លះលើគុណភាពផ្ទៃ?

ផ្ទៃដែលបានបោះពុម្ពដោយប្រើសារធាតុដែលមិនបានប៉ះពាល់បន្ថែម មានលក្ខណៈជាប់ផ្សាយជាប់គ្នាជាប់គ្នាដែលមានភាពរាក់រំខាន (surface roughness) ជាមធ្យម Ra 10-25 μm — រាក់ជាងវិធីបោះពុម្ពដែលប្រើគ្រាប់ផ្សាយ (powder bed fusion) (Ra 5-15 μm) ប៉ុន្តែស្មិគ្នានឹងវិធីបោះពុម្ពដោយប្រើការបោះពុម្ពលើផ្ទៃខ្សាច់ (sand casting)។ ផ្ទៃដែលប្រើប្រាស់សម្រាប់ការងារ (ដូចជា ផ្ទៃរបស់អ័ក្សបង្វិល ផ្ទៃសម្រាប់សៀល និងផ្ទៃដែលប៉ះគ្នា) ត្រូវបានប៉ះពាល់បន្ថែមដោយប្រើម៉ាស៊ីន CNC ដើម្បីឱ្យបានតាមស្តង់ដារ និងគុណភាពផ្ទៃដែលត្រូវការ។ ប្រព័ន្ធបោះពុម្ពបន្ថែម-ប៉ះពាល់បន្ថែម (hybrid additive-subtractive systems) អាចប៉ះពាល់បន្ថែម និងប៉ះពាល់បន្ថែមក្នុងការកំណត់តែមួយ ដែលជៀសវាងការកំណត់ឡើងវិញ។

តើការបោះពុម្ពដោយប្រើសារធាតុដោះស្រាយបញ្ហាអំពីសារធាតុដែលឆ្លើយតបយ៉ាងឆាប់រហ័សដូចជាទីតានីយ៉ូមយ៉ាងដូចម្តេច?

ការបោះពុម្ពខ្សែទីតានីយ៉ូមត្រូវការការការពារដោយអាតម៉ូស្វ័រអ៊ីនធឺត — ជាទូទៅគឺអាល់ហ្គ័នដែលមានភាពស្អាតខ្ពស់ — នៅក្នុងបរិវេណដែលបានបិទ ឬតាមរយៈប្រព័ន្ធបញ្ជូនឧស្ម័នការពារដែលមានការផ្តោតសំខាន់។ ខ្សែដែលប្រើជាប្រភពវត្ថុធាតុមិនមានលក្ខណៈឆាប់ឆេះ ខុសពីផ្សិកទីតានីយ៉ូមដែលបង្ហាញពីគ្រោះថ្នាក់នៃការឆេះ និងផ្ទ explosion។ អត្ថប្រយោជន៍សុវត្ថិភាពនេះ រួមជាមួយនឹងការប្រើប្រាស់វត្ថុធាតុបានច្រើនជាងមុន ធ្វើឱ្យខ្សែក្លាយជាប្រភពវត្ថុធាតុដែលបានជ្រើសរើសជាងគេសម្រាប់ការផលិតទីតានីយ៉ូមតាមវិធីបន្ថែមនៅក្នុងស្ថានភាពឧស្សាហកម្ម។