Direct laser melting(DLM) is an additive manufacturing process that can produce parts by solidification of molten metallic powder layer by layer. The properties of the fabricated parts strongly depend on characteristics of the metallic powder. Atomized powders having spherical morphology have commonly been used for DLM. Mechanical ball-milling is a powder processing technique that can provide non-spherical solid powders without melting. The aim of the current study was to investigate the effect of powder morphologies on the deposition quality in DLM. To characterize the morphological effect, the performances of spherical and non-spherical powders were compared using both single- and multi-track DLM experiments. DLM experiments were performed with various laser process parameters such as laser power and scan rate, and the deposition quality was evaluated. The surface roughness, cross-section bead shape and process defects such as balling or non-filled area were compared and discussed in this study.
금속 소재부품의 제조 형태가 복잡해지고 소비자의 요구가 다양함에 따라 금속 3D 프린팅 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 우주 발사체의 엔진 연소 노즐 부품에 적용 가능한 스테인레스 316L계 금속을 3D 프린팅 방식으로 제조하고 이에 대한 기계적, 화학적 특성 상관 연구를 진행하였다. 금속 3D 프린팅 기술은 레이저원을 이용하여 분말을 급속 용융과 응고를 반복됨에 따라 기존의 주조 응고와는 다른 미세 조직 형태를 나타내고, 이에 따라 기계적 물성이 변화함을 관찰하였다. 특히 개재물의 존재에 따라 기계적 특성이 변화하고 공정 조건의 변화에 따라 기공의 형태 및 위치등이 변화하는 것을 확인하였다.
AlSi12 is a heat-resistant aluminum alloy that is lightweight, corrosion-resistant, machinable and attracting attention as a functional material in aerospace and automotive industries. For that reason, AlSi12 powder has been used for high performance parts through 3D printing technology. The purpose of this study is to observe deposition characteristics of AlSi12 powder in a direct energy deposition (DED) process (one of the metal 3D printing technologies). In this study, deposition characteristics were investigated according to various process parameters such as laser power, powder feed rate, scan speed, and slicing layer thickness. In the single track deposition experiment, an irregular bead shape and balling or humping of molten metal were formed below a laser power of 1,000 W, and the good-shaped bead was obtained at 1.0 g/min powder feed rate. Similar results were observed in multi-layer deposition. Observation of deposited height after multi-layer deposition revealed that over-deposition occurred at all conditions. To prevent over-deposition, slicing layer thickness was experimentally determined at given conditions. From these results, this study presented practical conditions for good surface quality and accurate geometry of deposits.
Investigations of process parameters are essential when fabricating high-quality parts using additive manufacturing. This study investigates the change in the mechanical characteristics of a SUS316L specimen fabricated using selective laser melting based on the energy density and bead overlap ratio. The SUS316L powder particles were spherical and 35 ㎛ in size. Single-bead and hexahedral shape deposition experiments were performed sequentially. A single bead experiment was performed to obtain the bead overlap ratios for different laser parameters utilizing laser power and scan speed as experimental parameters. A hexahedral shape deposition experiment was also performed to observe the difference in mechanical properties, such as the internal porosity, surface roughness, and hardness, based on the energy density and bead overlap ratio of the three-dimensional printed part. Laser power, scan speed, overlap ratio, and layer thickness were chosen as parameters for the hexahedral shape deposition experiment. Accordingly, the energy density applied for three-dimensional printing, and the experimental parameters were calculated, and the energy density and bead overlap ratio for fabricating parts with good properties have been suggested.
Additive manufacturing technology is taking great attentions in these days because the term 3D-printing became a hot issue as the next generation manufacturing paradigm. Especially, laser additive manufacturing is at the center of interest thanks to the accuracy compared to other heat sources. In this report, recent papers about laser additive manufacturing are analyzed and reviewed. General technology is specified into three different categories and they are laser sintering, laser melting and laser metal deposition. Similarities and differences are clearly described by detailed technologies and used materials type. Representative application examples are selected then future of this technology is expected through those applications. Additionally, market of laser additive manufacturing systems itself and application fields are also predicted based on present 3D-printing market and technical progressions.
Direct laser melting (DLM) is a powder-based additive manufacturing process to produce parts by layer-by-layer laser melting. As the properties of the manufactured parts depend strongly on the deposited laser-melted bead, deposited layers obtained by the DLM process were characterized in this study. This investigation used a 200 W fiber laser to produce single-line beads under a variety of different energy distributions. In order to obtain a feasible range for the two main process parameters (i.e. laser power and scan rate), bead shapes of single track deposition were intensively investigated. The effects of the processing parameters, such as powder layer thickness and scan spacing, on geometries of the deposited layers have also been analyzed. As a result, minimum energy criteria that can achieve a complete melting have been suggested at the given powder layer thickness. The surface roughnesses of the deposited beads were strongly dependent on the overlap ratio of adjacent beads and on the energy distributions of laser power. Through microstructural analysis and hardness measurement, the morphological and mechanical properties of the deposited layers at various overlapped beads have also been characterized.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제20권5호
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pp.93-102
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1996
Laser-induced plume and laser-target interaction during pulsed laser deposition are demonstrated for a lead zirconate titanate (PZT). A KrF excimer laser (wavelength 248nm) was used and the laser was pulsed at 20Hz, with nominal pulse width of 20ns. The laser fluence was~$16J/cm^2,$ with 100mJ per pulse. The laser-induced plasma plume for nanosecond laser irradiation on PZT target has been investigated by optical emission spectra using an optical multichannel analyzer(OMA) and by direct observation of the plume using an ICCD high speed photography. OMA analysis showed two distinct ionic species with different expansion velocities of fast or slow according to their ionization states. The ion velocity of the front surface of the developing plume was about $10^7$cm/sec and corresponding kinetic energy was about 100eV. ICCD photograph showed another kind of even slower moving particles ejected from the target. These particles considered expelled molten parts of the target. SEM morphologies of the laser irradiated targets showed drastic melting and material removal by the laser pulse, and also showed the evidence of the molten particle ejection. The physics of the plasma(plume) formation and particle ejection has been discussed.
Direct energy deposition (DED) technique uses a laser heat source to deposit a metal layer on a substrate. Many researchers have used the DED technique to study the hardfacing of molds and dies. The aim of this study is to obtain high surface hardness and a sound bonding between the AISI M4 deposits and a substrate utilizing a mixed powder that contains M4 and AISI P21 powders. To prevent interfacial cracks between the M4 deposits and the substrate, the mixed powder is pre-deposited onto a JIS S45C substrate, before the deposition of M4 powders. Interfacial defects occurring between the deposits and substrate and changes in the microhardness of the intermediate layer were examined. Observations of the cross-sections of deposited specimens revealed that the interfacial cracks appeared in samples with one and two mixed layers regardless of the mixture ratio. However, the crack was removed by increasing the mixture ratio and the number of intermediate layers. Meanwhile, the microhardness in the mixed layer was found to decrease with increasing ratio of P21 powder in the mixture and that in the upper region of the deposited layers was approximately 800 HV, which was attributed to various alloying elements in the M4 powder.
In this paper, the characteristics analysis of LMD track, such as including track structure, track wear resistance and track thickness, were analyzed to enhance the deposition efficiency using a diode-pumped disk laser. SKD61 hot work steel plate and Fe based AISI M2 alloy were used as a the substrate and powder for the LMD process, respectively. The laser power, track pitch and powder feed rate among LMD parameters were adopted to estimate the deposition efficiency. As the laser power is increased, heat input and melting pool on the substrate is grown also increases, so resulting in the increased LMD track thickness was increased. Through EPMA mapping analysis of the cross-section in the LMD track, it was observed that all the elements are evenly distributed inside. Therefore, the entire hardness in the LMD track is expected to be almost uniform regardless of location. The characteristics of the LMD specimen were excellent compared to the STD11 specimen in terms of the wear track width and the wear rate as well as the coefficient of friction. Especially the wear rate of LMD specimen has been significantly reduced by 60 % or more. From Based on the experimental results, the prediction formula of LMD thickness was calculated by using laser power, track pitch and powder feed rate.
Soon-Gil Jung;Jeongwon Noh;Yoonseok Han;Woo Seok Choi;Won Nam Kang;Tuson Park
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제26권3호
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pp.27-31
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2024
We fabricate high-entropy alloy (HEA) Ta1/6Nb2/6Hf1/6Zr1/6Ti1/6 superconducting (SC) thin films via a pulsed laser deposition method. Two targets are prepared using arc melting, each followed by sintering at different temperatures: 550℃ and 700℃ for 12 hours. The films, HEA550 and HEA700, are deposited on c-cut Al2O3 substrates at a substrate temperature of 520℃, using the targets sintered at 550℃ and 700℃, respectively. The SC transition temperature (Tc) of HEA700 is 6.88 K, slightly higher than that of HEA550 (= 6.27 K). Both films exhibit similar upper critical field (Hc2) at 0 K, with 11.34 T for HEA550 and 11.40 T for HEA700. Notably, HEA700 exhibits a large critical current density (Jc) of approximately 4.4 MA/cm2 and 3.5 MA/cm2 at 2.0 K and 4.2 K, respectively, accompanying by a predominance of normal point pinning. These results indicate that the targets prepared by arc melting are beneficial for achieving a large Jc in HEA SC thin films, thus providing new avenues for improving SC critical properties of HEA thin films for their practical applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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