Forudsigelse af forvrængning og ydeevne af dele fremstillet ved additiv fremstilling

Undersøgelser af de resterende spændinger, der dannes under en additiv fremstillingsproces (AM) har afsløret, at bygningsorienteringen af ​​den del, der produceres, har en indvirkning på dannelsen af ​​negative spændinger.

Udviklingen af ​​et præcist og gavnligt værktøj til at vurdere, hvordan kompleks delgeometri påvirker udviklingen af ​​spændinger ved hjælp af pulverbed-fusionsmetoden offentliggjort i en undersøgelse i Additive Manufacturing vil bidrage til brugen af ​​additiv fremstilling til fremstilling af metaldele på en nøjagtig og nøjagtig måde. forudsigelig måde.

Som en del af et internationalt samarbejde ledet af Linköpings Universitet i Sverige, efterforskerne, der inkluderede Dr. Vladimir Luzin på ANSTO, konkluderede, at en omhyggelig udvælgelse af trykretningen er vigtig og havde en betydelig indvirkning på størrelsen af ​​resterende spændinger og, derfor, AM-delens potentielle forvrængning.

Generelt, et højt niveau af resterende spændinger i træk kan føre til revner under udskrivning, mens stress kan føre til deformation i delen.

Begge resulterer i, at materialet kasseres, hvis dimensionstolerance/forvrængning kompromitteres, eller der opstår revner. Imidlertid, under forudsætning af nogle optimale betingelser for en bestemt form, alle effekter på uønskede forvrængninger kan elimineres.

Da forskellige former er enorme, en bestemt form, L-form, blev valgt til at undersøge effekterne af en opbygget orientering.

Tre eksperimentelle tilgange blev brugt til at karakterisere de resterende spændinger i L-formede dele lavet af Inconel 781, et materiale, der er vigtigt i energi- og rumfartsindustrien, fordi det har gode mekaniske egenskaber ved høj temperatur.

Røntgendiffraktionsmålinger blev brugt til at karakterisere overfladespændinger, og laserscanningsteknikker målte overordnede forvrængninger forbundet med adskillelse af prøverne fra basispladen.

Imidlertid, neutrondiffraktion var nødvendig for at måle resterende spænding i det indre af prøverne på grund af den høje penetration af neutroner. Linkoping Unverisity-teamet brugte ikke-destruktiv neutrondiffraktion på Kwari-belastningsscanneren til at måle og karakterisere resterende spændinger inden for hovedparten af ​​nikkel-baserede superlegeringsprøver for at studere virkningerne af prøvens AM-opbygningsorientering.

Delen trykt i vandret retning viste de mindste mængder af stress i alle tre retninger, viser vej til optimering af opbygningen af ​​generiske L-former.

Imidlertid, i alle retninger, der var en generel tendens til trykspænding i midten af ​​delen. Trækstyrke blev observeret nær overfladen i alle prøver, hvilket ser ud til at være potentielt problematisk og skal løses.

"Der er en vis effekt af opbygningsorienteringen i dannelsen af ​​de resterende spændinger og, derfor, om udførelsen af ​​AM -delene, " sagde Prabhat Pant, en ph.d. studerende fra Linkoping University, der blev støttet af det svenske fond for strategisk forskning (SSF).

Hans træningsmission, støttet af agenturet, skulle udføre forskning i udlandet som forberedelse til den forventede opstart af European Spallation Source, verdens stærkeste neutronkilde. Den lokale supervision hos ANSTO blev leveret af Luzin fra ACNS.

"At være i stand til at forudsige kritiske områder, hvor de vil forekomme for at reducere dem, er en væsentlig produktionsfordel, "sagde Pant.

"Selvom disse resterende spændinger kan modificeres med efterbehandlingsteknikker, rollen som resterende stress under opbygning er afgørende for at forhindre forvrængning eller revner på et hvilket som helst tidspunkt under fremstillingsprocessen."

Forskningen omfattede udvikling af en forenklet simuleringsteknik ved hjælp af finite elementanalyse til at forudsige restspændinger baseret på delgeometri, hvilken, når det er verificeret med neutroneksperimentelle resultater, var i en god praktisk aftale.

Imidlertid, efterforskerne bemærkede, at der var en kompleks sammenkobling af de resterende spændinger i den byggede tilstand for delene med delens orientering, og den bebyggede dels geometri.

"Vi fik en bedre forståelse af, hvordan man bygger orientering, understøttelsesstrukturen og spændingskoncentrationen bidrager til udviklingen af ​​restspændinger under laserbedfusionsprocessen, " sagde Pant.