Need of additional support structures and support removal in metal powder bed fusion
Metsämäki, Kimmo (2021)
Diplomityö
Metsämäki, Kimmo
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021120959806
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021120959806
Tiivistelmä
This study examined the need for support for test pieces manufactured by metal PBF in different positions and examine the effects of the build angle on post-processing. The material used was 316L stainless steel. The aim was to find, how the manufacturing position affects the need for machining, and which are the parameters when the support material should be removed.
The need for post-processing should be considered in the early stages of product design. The solutions that are made considering the product can significantly increase the total cost of the product due to the need for post-processing. The rule for designing the product should be to avoid support structures. Support structures can be avoided by choosing the building orientation wisely. Subsidies can be designed as part of a permanent structure if it is not possible to avoid them. This is useful if support is needed, and it will be difficult to remove afterwards.
In the experimental part, metal PBF manufactured pieces were removed, measured and the support material was machined. For rectangular pieces, the need for support was biggest at manufacturing angles of 40 ° and 45 °. For tubular pieces, the need for support was biggest at angles of 45 ° to 90 ° (horizontal). The rectangular pieces were attached to the screw clamp, and they were machined from all directions with a single attachment. Special jaws were made for clamping the pipe-workpiece so that the workpiece could be machined with a single attachment. Finishing parameters for the stainless steel were suitable machining values for the support removal. Tässä tutkimuksessa tutkittiin jauhepetisulatuksella valmistettujen kappaleiden tuen tarvetta eri asennoissa sekä sitä, mitkä ovat tulostusasennon vaikutukset jälkikäsittelyyn. Materiaalina käytettiin ruostumattoman teräksen laatua 316L. Tavoitteena oli löytää vastauksia kysymyksiin, miten tulostusasento vaikuttaa koneistustarpeeseen sekä millä parametreillä tukimateriaali kannattaa poistaa.
Jälkikäsittelyn mahdollinen tarve kannattaa huomioida heti tuotteen suunnittelun alkuvaiheessa. Ratkaisut, joita tuotteeseen tehdään, voivat nostaa tuotteen kokonaiskustannuksia huomattavasti jälkikäsittelytarpeen vuoksi. Suunnittelusääntönä kannattaisi pitää tukirakenteiden välttämistä. Tukirakenteita voidaan välttää valitsemalla tulostusasento viisaasti. Jos tukia ei voida välttää, ne voidaan suunnitella osaksi pysyvää rakennetta. Tämä on hyödyllistä silloin, kun tukea tarvitaan paikassa, josta sitä on jälkeenpäin vaikea poistaa.
Kokeellisessa osassa jauhepetisulatus-menetelmällä valmistetut kappaleet irrotettiin, mitattiin ja niistä koneistettiin pois tukimateriaalia. Suorakaiteen muotoisissa kappaleissa tuen tarve oli suurinta 40° ja 45° valmistuskulmissa. Putken muotoisissa kappaleissa tuen tarve oli suurinta 45° - 90° kulmissa (vaakataso). Suorakaiteen muotoiset kappaleet voitiin kiinnittää ruuvipuristimeen ja koneistaa siinä tarvittavista suunnista yhdellä kiinnityksellä. Putkikappaleen kiinnittämistä varten valmistettiin erikoisleuat, joilla kappale saatiin koneistettua yhdellä kiinnityksellä. Tuen poistamiseen soveltuvat koneistusarvot olivat ruostumattoman teräksen viimeistelyyn tarkoitetut arvot.
The need for post-processing should be considered in the early stages of product design. The solutions that are made considering the product can significantly increase the total cost of the product due to the need for post-processing. The rule for designing the product should be to avoid support structures. Support structures can be avoided by choosing the building orientation wisely. Subsidies can be designed as part of a permanent structure if it is not possible to avoid them. This is useful if support is needed, and it will be difficult to remove afterwards.
In the experimental part, metal PBF manufactured pieces were removed, measured and the support material was machined. For rectangular pieces, the need for support was biggest at manufacturing angles of 40 ° and 45 °. For tubular pieces, the need for support was biggest at angles of 45 ° to 90 ° (horizontal). The rectangular pieces were attached to the screw clamp, and they were machined from all directions with a single attachment. Special jaws were made for clamping the pipe-workpiece so that the workpiece could be machined with a single attachment. Finishing parameters for the stainless steel were suitable machining values for the support removal.
Jälkikäsittelyn mahdollinen tarve kannattaa huomioida heti tuotteen suunnittelun alkuvaiheessa. Ratkaisut, joita tuotteeseen tehdään, voivat nostaa tuotteen kokonaiskustannuksia huomattavasti jälkikäsittelytarpeen vuoksi. Suunnittelusääntönä kannattaisi pitää tukirakenteiden välttämistä. Tukirakenteita voidaan välttää valitsemalla tulostusasento viisaasti. Jos tukia ei voida välttää, ne voidaan suunnitella osaksi pysyvää rakennetta. Tämä on hyödyllistä silloin, kun tukea tarvitaan paikassa, josta sitä on jälkeenpäin vaikea poistaa.
Kokeellisessa osassa jauhepetisulatus-menetelmällä valmistetut kappaleet irrotettiin, mitattiin ja niistä koneistettiin pois tukimateriaalia. Suorakaiteen muotoisissa kappaleissa tuen tarve oli suurinta 40° ja 45° valmistuskulmissa. Putken muotoisissa kappaleissa tuen tarve oli suurinta 45° - 90° kulmissa (vaakataso). Suorakaiteen muotoiset kappaleet voitiin kiinnittää ruuvipuristimeen ja koneistaa siinä tarvittavista suunnista yhdellä kiinnityksellä. Putkikappaleen kiinnittämistä varten valmistettiin erikoisleuat, joilla kappale saatiin koneistettua yhdellä kiinnityksellä. Tuen poistamiseen soveltuvat koneistusarvot olivat ruostumattoman teräksen viimeistelyyn tarkoitetut arvot.