AINETTA LISÄÄVÄLLÄ VALMISTUKSELLA TUOTETTUJEN METALLISTEN KAPPALEIDEN VÄSYMINEN : DEADMAN (DESIGN FOR ADDITIVE MANUFACTURING)
Kesonen, Matti (2015)
Kesonen, Matti
Savonia-ammattikorkeakoulu
2015
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201501231550
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201501231550
Tiivistelmä
Opinnäytetyö suoritettiin osana Savonia-ammattikorkeakoulun järjestämää DeAdMan-hanketta, jossa tutkittiin ainetta lisäävän valmistuksen suunnitteluun liittyviä periaatteita ja menetelmiä. Opinnäytetyössä tarkasteltiin ainetta lisäävällä valmistuksella tuotettujen metallisten testikappaleiden väsymistä. Lisäksi vertailtiin perinteisen sekä ainetta lisäävän valmistuksen vaikutusta materiaalin väsymisessä. Työn tavoitteena oli tuottaa ainetta lisäävällä valmistuksella metalliset testikappaleet joille toteutetaan standardin mukaiset väsytystestit. Tavoitteena oli myös tutkia ainetta lisäävällä valmistuksella tuotettujen kappaleiden pinnankarheuden vaikutusta materiaalin väsymiseen.
Työn kokeelliset mittaukset toteutettiin aksiaalisella veto-puristusväsytystesteillä, jotka perustuivat SFS-ISO 1099 standardiin. Työn teoreettisena osana arvioitiin 316L materiaalin väsymisikä, jota vertailtiin testeissä saatuihin tu-loksiin. Testikappaleiden valmistuksessa käytettiin sekä perinteistä ainetta poistavaa että ainetta lisäävää valmis-tusmenetelmää. Ainetta poistavassa menetelmässä sovellettiin koneistus-valmistusprosessia; ainetta lisäävässä menetelmässä käytettiin DMLS ja 3DP-valmistusprosesseja. DMLS- testikappaleet valmistettiin 316L materiaalista, ja 3DP-testikappaleet 420ss+pronssista. Vertailukappaleet valmistettiin 316L vastaavasta materiaalista. Testaukset suoritettiin Savonia-ammattikorkeakoulun HIT-Savonia tiloissa olevalla Walter +Bai AG mallia LFV 500- HH veto- ja väsymistestauslaitteistolla.
Tuloksista havaittiin, että vertailukappaleen teoreettinen väsymisikä oli 24 % suurempi kuin sen testissä havaittu väsymisikä. 3DP-testikappaleiden testituloksista havaittiin, että niiden väsymisikä oli vähintään 68 % pitempi kuin koneistetulla vertailukappaleella. DMLS- testikappaleiden väsymisikä oli 72 % pidempi kuin vertailukappaleella. Lisäksi DMLS- kappaleiden väsymisikä oli 12 % pidempi kuin 3DP-tekniikalla valmistetuilla kappaleilla. Koneistettujen DMLS- testikappaleitten väsymisikien keskiarvo oli 428 % pidempi kuin käsittelemättömillä DMLS- kappaleilla. DMLS- testikappaleissa väsymisikien hajonta kasvoi, kun kappaleiden pinnankarheus pieneni kehittyneimmissä valmistusprosesseissa. Tämä tarkoittaa sitä, että pinnankarheuden pienentyessä kappaleiden väsymisiät olivat enemmän riippuvaisia niiden sisäisestä rakenteesta. Tutkimuksissa selvisi, että perinteiset teoreettiset väsymisiän määritysmenetelmät eivät sovellu 3DP-valmistusprosessilla tuotetuille kappaleilla. DMLS- testikappaleiden väsymisiät noudattivat osittain perinteisen teoreettisen väsymisiän määritysmenetelmän antamia tuloksia.
Työn kokeelliset mittaukset toteutettiin aksiaalisella veto-puristusväsytystesteillä, jotka perustuivat SFS-ISO 1099 standardiin. Työn teoreettisena osana arvioitiin 316L materiaalin väsymisikä, jota vertailtiin testeissä saatuihin tu-loksiin. Testikappaleiden valmistuksessa käytettiin sekä perinteistä ainetta poistavaa että ainetta lisäävää valmis-tusmenetelmää. Ainetta poistavassa menetelmässä sovellettiin koneistus-valmistusprosessia; ainetta lisäävässä menetelmässä käytettiin DMLS ja 3DP-valmistusprosesseja. DMLS- testikappaleet valmistettiin 316L materiaalista, ja 3DP-testikappaleet 420ss+pronssista. Vertailukappaleet valmistettiin 316L vastaavasta materiaalista. Testaukset suoritettiin Savonia-ammattikorkeakoulun HIT-Savonia tiloissa olevalla Walter +Bai AG mallia LFV 500- HH veto- ja väsymistestauslaitteistolla.
Tuloksista havaittiin, että vertailukappaleen teoreettinen väsymisikä oli 24 % suurempi kuin sen testissä havaittu väsymisikä. 3DP-testikappaleiden testituloksista havaittiin, että niiden väsymisikä oli vähintään 68 % pitempi kuin koneistetulla vertailukappaleella. DMLS- testikappaleiden väsymisikä oli 72 % pidempi kuin vertailukappaleella. Lisäksi DMLS- kappaleiden väsymisikä oli 12 % pidempi kuin 3DP-tekniikalla valmistetuilla kappaleilla. Koneistettujen DMLS- testikappaleitten väsymisikien keskiarvo oli 428 % pidempi kuin käsittelemättömillä DMLS- kappaleilla. DMLS- testikappaleissa väsymisikien hajonta kasvoi, kun kappaleiden pinnankarheus pieneni kehittyneimmissä valmistusprosesseissa. Tämä tarkoittaa sitä, että pinnankarheuden pienentyessä kappaleiden väsymisiät olivat enemmän riippuvaisia niiden sisäisestä rakenteesta. Tutkimuksissa selvisi, että perinteiset teoreettiset väsymisiän määritysmenetelmät eivät sovellu 3DP-valmistusprosessilla tuotetuille kappaleilla. DMLS- testikappaleiden väsymisiät noudattivat osittain perinteisen teoreettisen väsymisiän määritysmenetelmän antamia tuloksia.