Characterization of effect of support parameters to properties of work piece fabricated by powder bed fusion of stainless steel
Rantanen, Eetu (2016)
Kandidaatintyö
Rantanen, Eetu
2016
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2016122031613
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2016122031613
Tiivistelmä
The goal of this bachelor´s thesis was to find suitable parameters for criss-cross support structures manufactured by powder bed fusion. As well as to notice the most crucial problems of stainless steel when manufactured by powder bed fusion. Thesis consisted of two parts, first literature review and then experimental part. The goal of literature review was to find knowledge of support structures and their meaning in additive manufacturing of metals. The most important findings of literature review were considering successfully built support structures. To all of them were typical the optimization of the contact area between the part and support, sufficient volume of support structure and enough dense mesh at the area between the support and part.
In experimental part it was searched suitable parameters for criss-cross support structures in order to resist thermal stresses of manufacturing part. The experiments executed in four separate sets that were as own entirety each. After every series the parts were examined and documented. Leaning on these results, were results represented and new test set was designed.
The thesis shows that criss-cross support structures have many parameters, which are interacting. Thus it cannot be said which is the most important one, but in this thesis it was founded parameters for some of the important parameters. In thesis was showed that the size of teeth of support structure is more important than the assumption was. The assumption that the thicker the support structures are, the better they will work out, was also wrong. Because the best results were achieved with thinner and reasonable dense of mesh. In thesis was also created a guideline for designing and optimizing of succeeded support structures. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli löytää sopivia parametreja jauhepetisulatus tekniikalla valmistetuille ristikkomaisille tukirakenteille. Sekä havaita mitkä ovat keskeisimmät ongelmat ruostumattoman teräksen jauhepetitekniikassa. Työ koostui kahdesta osasta, kirjallisuuskatsauksesta sekä kokeellisesta osasta. Kirjallisuuskatsauksessa tavoitteena oli etsiä tietoa tukirakenteista sekä niiden tarkoituksesta metallien lisäävässä valmistuksessa. Tärkeimmät löydökset kirjallisuudesta koskivat onnistuneesti rakennettuja tukirakenteita. Kaikille onnistuneesti rakennetuille tukirakenteille ominaista oli tukirakenteiden ja kappaleen kosketuspinnan optimointi, tukirakenteen materiaalin riittävä määrää sekä riittävän tiheä verkko tukirakenteen ja kappaleen kosketuspinnassa.
Kokeellisessa osassa etsittiin sopivia parametreja ristikkomaisille tukirakenteille, jotta rakenteet kestäisivät lämmöntuonnista johtuvat, valmistettavan kappaleen lämpöjännitykset. Kokeet toteutettiin neljässä osassa, jotka olivat omia kokonaisuuksia. Jokaisen kokeen jälkeen testikappaleet tutkittiin ja dokumentoitiin. Näiden pohjalta tulokset eriteltiin sekä uusi koe-erä suunniteltiin.
Työ osoittaa että ristikkomaisissa tukirakenteissa on todella paljon erilaisia parametreja, jotka vaikuttavat toinen toisiinsa. Näin ollen ei voida suoraan todeta, mikä parametri on kaikista tärkein, tässä työssä kuitenkin löydettiin osalle tärkeistä parametreista arvot. Työssä kävi ilmi, että tukirakenteen hampaiden koko oli luultua tärkeämpi. Myös olettamus mahdollisimman vankkarakenteisesta tukirakenteesta osoittautui vääräksi, sillä parhaimmat tulokset saavutettiin kohtuullisen tiheällä ja ohuella rakenteella. Työssä luotiin myös ohjenuora tukirakenteen suunnitteluprosessille sekä onnistuneiden tukirakenteiden optimoimiselle.
In experimental part it was searched suitable parameters for criss-cross support structures in order to resist thermal stresses of manufacturing part. The experiments executed in four separate sets that were as own entirety each. After every series the parts were examined and documented. Leaning on these results, were results represented and new test set was designed.
The thesis shows that criss-cross support structures have many parameters, which are interacting. Thus it cannot be said which is the most important one, but in this thesis it was founded parameters for some of the important parameters. In thesis was showed that the size of teeth of support structure is more important than the assumption was. The assumption that the thicker the support structures are, the better they will work out, was also wrong. Because the best results were achieved with thinner and reasonable dense of mesh. In thesis was also created a guideline for designing and optimizing of succeeded support structures.
Kokeellisessa osassa etsittiin sopivia parametreja ristikkomaisille tukirakenteille, jotta rakenteet kestäisivät lämmöntuonnista johtuvat, valmistettavan kappaleen lämpöjännitykset. Kokeet toteutettiin neljässä osassa, jotka olivat omia kokonaisuuksia. Jokaisen kokeen jälkeen testikappaleet tutkittiin ja dokumentoitiin. Näiden pohjalta tulokset eriteltiin sekä uusi koe-erä suunniteltiin.
Työ osoittaa että ristikkomaisissa tukirakenteissa on todella paljon erilaisia parametreja, jotka vaikuttavat toinen toisiinsa. Näin ollen ei voida suoraan todeta, mikä parametri on kaikista tärkein, tässä työssä kuitenkin löydettiin osalle tärkeistä parametreista arvot. Työssä kävi ilmi, että tukirakenteen hampaiden koko oli luultua tärkeämpi. Myös olettamus mahdollisimman vankkarakenteisesta tukirakenteesta osoittautui vääräksi, sillä parhaimmat tulokset saavutettiin kohtuullisen tiheällä ja ohuella rakenteella. Työssä luotiin myös ohjenuora tukirakenteen suunnitteluprosessille sekä onnistuneiden tukirakenteiden optimoimiselle.