Spenninger og deformasjoner i additivt tilvirkede komponenter

Abstract

Additiv lagvis tilvirkning (ALM) har etablert seg og revolusjonert produktutvikling og produksjonsteknologier i dagens industri. ALM kan i dag brukes til å lage fullverdige ferdige komponenter. Oppgaven ser på ALM der man bygger komponenter opp fra metallpulver ved bruk av lasersmelting. Dette er en svært kompleks prosess med mange parametere som blant annet varmeoverføring, masseflyt og kjemiske reaksjoner. Lasersmeltingen og påfølgende lag med pulver bygges opp i et relativt høyt tempo der smelting, størkning og krymping skjer i løpet av kort tid. Det vil derfor oppstå spenninger i komponentene. Disse spenningene kan igjen føre til deformasjoner og sprekkdannelser som påvirker den pågående byggingen av komponenten. Det er derfor ønskelig å redusere de indre spenningene som oppstår i denne prosessen mest mulig. Oppgaven har laget en finite element modell med formål å undersøke hvordan restspenninger kan være med på å deformere komponenter som bygges additivt. Programvaren ABAQUS med tilleggspakken Abaqus Welding Interface ble benyttet for å generer og kjøre en koplet varmesimulering med mekanisk simulering. Lagvis deponering av pulver over tid og smelting av dette ble simulert ved hjelp av element birth and death -teknikken. Oppgaven studerte spesifikt materialet MARLOK C1650. Dette materialet ble benyttet i simuleringene og ved produksjon av komponenter for eksperimentelle undersøkelser. Komponenter ble produsert ved hybrid tilvirkning ved bruk av konvensjonell fresing og den additive tilvirkningsteknologien LaserCUSING. Geometrien på komponentene ble valgt slik at deformasjoner ble provosert frem. Etter produksjon av komponentene ble de nøye målt og analysert for kvantifisering av deformasjoner. Det ble verifisert at alle delene var deformerte og at deformasjonene ble tydeligere med økende additivt påbygg. Hardhetsmålinger på det additive påbygget viste at hardheten på smeltet pulver ligger mellom 25 26 HRC.Gjennom litteraturstudiet ble det presentert generiske metoder for å redusere de indre spenningene som måtte oppstå ved additiv tilvirkning. Metoder som forvarming og forskjellige skanneteknikker er blant de viktigste funnene.