This study explores the effects of different pre-machining conditions on the deposition characteristics and mechanical properties of austenitic stainless steel samples repaired using direct energy deposition (DED). In the DED repair process, defects such as pores and cracks can occur at the interface between the substrate and deposited material. In this study, we varied the shape of the pre-machined zone for repair in order to prevent cracks from occurring at the slope surface. After repairs by the DED process, macro-scale cracks were observed in samples that had been pre-machined with elliptic and trapezoidal grooves. In addition, it was not possible to completely prevent micro-crack generation on the sloped interfaces, even in the capsule-type grooved sample. From observation of the fracture surfaces, it was found that the cracks around the inclined interface were due to a lack of fusion between the substrate and the powder material, which led to low tensile properties. The specimen with the capsule-type groove provided the highest tensile strength and elongation (respective of 46% and 571% compared to the trapezoidal grooved specimen). However, the tensile properties were degraded compared to the non-repaired specimen (as-hot rolled material). The fracture characteristics of the repaired specimens were determined by the cracks at the sloped interfaces. These cracks grew and coalesced with each other to form macro-cracks, they then coalesced with other cracks and propagated to the substrate, causing final fracture.
This study explores the effects of repair width on the deposition characteristics and mechanical properties of stainless steel samples repaired using direct energy deposition (DED). In the DED repair process, defects such as pores and cracks can occur at the interface between the substrate and deposited material. In this study, we changed the width of the pre-machined zone for repair in order to prevent cracks from occurring at the inclined surface. As a result of the experiment, cracks of 10-40 ㎛ in length were formed along the inclined slope regardless of the repair width. Yield and tensile strength decreased slightly as the repair width increased, but the total and uniform elongation increased. This is due to the orientation of the crack. For specimens with a repair width of 20 mm, yield and tensile strength were 883 MPa and 1135 MPa, respectively. Total and uniform elongations were 14.3% and 8.2%, respectively. During observation of the fracture specimens, we noted that the fracture of the specimen with an 8 mm repair width occurred along the slope, whereas specimens with 14 mm and 20 mm repair depths fractured at the middle of the repaired region. In conclusion, we found that tensile properties were dependent upon the repair width and the inclination of the crack occurred at the interface.
The microstructure and mechanical characteristics of SUS630 specimens fabricated using the direct energy deposition (DED) process are investigated. In DED, several process parameters such as laser scan speed, chamber gas flow, powder carrier gas flow, and powder feed rate are kept fixed; the laser power is changed as 150 W, 180 W, and 210 W. As the laser power increases, the surface becomes smooth, the thickness uniformity improves, and the size and number of pores decreases. With the increase in laser power, the hardness deviation decreases and the average hardness increases. The microstructure of the material is columnar; pores are formed preferentially along the columnar interface. The lath-martensite phase governs the overall microstructure. The volumetric fraction of the retained austenite phase is measured to increase with the increase of laser input power.
A 3D printed metal part and thermal plastic polymer part were joined by direct laser irradiation. The 3D metal part was fabricated by using DED(Direct Energy Deposition) with STS316 material. The experiment was carried out through no patterned metal surface, 3D metal printed surface and micro laser patterned surface. The most secure joining quality was obtained at the laser micro patterned surface specimen and the counterparts of polymers were PLA and PE based thermo plastics. The applied laser power was 350Watt and the distance of patterns was maintained at $150{\mu}m$. The laser line width was optimized at $450{\mu}m$ and the laser micro pattern depth was $180{\mu}m$ for the best joining quality. Based on the result analysis, the possibility of laser material joining for metal to polymer was proposed and multi-material joining will be possible in 3D laser direct material fabrication.
Metal-vapor-vacuum-arc ion source is an ideal source for both high current metal ion implanter and high current plasma thin-film deposition systems. It uses the direct evaporation of metal from surface of cathode by vacuum arc to produce a very high flux of ion plasmas. The MEVVA ion source, the high-current metal-ion implanter and high-current magnetic-field-filtered plasma thin-film deposition systems developed in Beijing Normal University are introduced in this paper.
The aim of this paper is to investigate the improvement of surface characteristics of Stellite21 deposited layer by powder feeding type of direct energy deposition (DED) process using a plasma electron beam. Re-melting experiments of the deposited specimen is performed using a three-dimensional finishing system with a plasma electron beam. The acceleration voltage and the travel speed of the electron beam are chosen as process parameters. The effects of the process parameters on the surface roughness and the hardness of the re-melted region are examined. The formation of the re-melted region is observed using an optical microscope. Results of these experiments revealed that the re-melting process using a plasma electron beam can greatly improve the surface qualities of the Stellite21 deposited layer by the DED process.
The effects of Cr and Fe addition on the mechanical properties of Ti-6Al-4V alloys prepared by direct energy deposition were investigated. As the Cr and Fe concentrations were increased from 0 to 2 mass%, the tensile strength increased because of the fine-grained equiaxed prior ${\beta}$ phase and martensite. An excellent combination of strength and ductility was obtained in these alloys. When the Cr and Fe concentrations were increased to 4 mass%, extremely fine-grained martensitic structures with poor ductility were obtained. In addition, Fe-added Ti-6Al-4V resulted in a partially melted Ti-6Al-4V powder because of the large difference between the melting temperatures of the Fe eutectic phase (Ti-33Fe) and the Ti-6Al-4V powder, which induced the formation of a thick liquid layer surrounding Ti-6Al-4V. The ductility of Fe-added Ti-6Al-4V was thus poorer than that of Cr-added Ti-6Al-4V.
Lightweight steel is a crucial material that is being actively studied because of increased carbon emissions, tightening regulations regarding fuel efficiency, and the emergence of UAM, all of which have been recently labeled as global issues. Hence, new strategies concerning the thickness and size reduction of steel are required. In this study, we manufacture lightweight steel of the Fe-Mn-Al-C system, which has been recently studied using the DED process. By using 2.8 wt.% low-Mn lightweight steel, we attempt to solve the challenge of joining steel parts with a large amount of Mn. Among the various process variables, the laser scan power is set at 600 and 800 W, and the laser scan speed is fixed at 16.67 mm/s before the experiments. Several pores and cracks are observed under both conditions, and negligibly small pores of approximately 0.5 ㎛ are observed.
ZnO films were deposited onto Corning glass 7059 substrate in the temperature range from $200^{\circ}C$ to $450^{\circ}C$ by chemical vapor deposition technique using the hydrolysis of Diet ylzinc (DEZ). As the deposition temperature increased from $200^{\circ}C$ to $350^{\circ}C$, the deposition rate increased with the apparent activation energy of ∼23kJ/mole. Further increase of the deposition temperature above $400^{\circ}C$, however, resulted in a reduction of the rate. It was found that ZnO film grew with a strong C-axis preferred orientation at the temperature of $400^{\circ}C$. As the deposition temperature increased, the film resistivity decreased down to ∼0.2 $\Omega$cm at $450^{\circ}C$. The electrical resistivity was governed more likely by electron concentration rather than by electron mobility. Average optical transmission of the films in the optical wavelength range of 400 nm to 900 nm was over 90% and the optical energy band gap of 3.28∼3.32 eV was obtained from the direct transition.
본 연구에서는 금형의 재활용을 촉진하기 위하여 성형공정을 소재의 제거공정과 부가공정으로 보고, 신속 성형 방법인 레이저 직접 금속조형(LADMD) 공정의 환경영향 및 생산성을 제거공정인 밀링가공과 비교하여 평가하였다. 두 가지 형상의 금형에 대하여 CAM 프로그램인 PowerMill을 이용하여 가공경로를 생성하고 가공시간을 예측하여 생산성을 알아본 결과 LADMD 공정의 생산성은 가공량이 유사한 경우에도 밀링공정에 비하여 월등히 우수한 결과를 보였다. 환경 친화적 가공방법으로 알려져 있는 LADMD 공정을 에너지의 사용에 초점을 맞추어 평가한 결과로는 레이저의 발생을 위하여 사용하는 전기에너지의 양이 전통적인 밀링가공법에 비하여 월등하게 많은 점이 앞으로 개선하여야 할 문제임을 알 수 있었다. 여러 가지 장점을 갖고 있는 LADMD 공정은 생산성 및 경제성이 우수하고 자원의 낭비를 줄일 수 있으며 친환경적인 가공법으로 재제조 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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