Studier av de restspänningar som bildas under en additiv tillverkningsprocess (AM) har visat att byggorienteringen av den del som produceras har en inverkan på bildandet av negativa spänningar.

Utvecklingen av ett noggrant och fördelaktigt verktyg för att bedöma hur komplex detaljgeometri påverkar utvecklingen av spänningar med hjälp av pulverbäddsfusionsmetoden publicerad i en studie i Additive Manufacturing kommer att bidra till användningen av additiv tillverkning för tillverkning av metalldelar på ett korrekt och korrekt sätt. förutsägbart sätt.

Som en del av ett internationellt samarbete ledd av Linköpings universitet i Sverige, utredarna, som inkluderade Dr Vladimir Luzin vid ANSTO, drog slutsatsen att ett noggrant val av utskriftsorientering är viktigt och hade en betydande inverkan på storleken av kvarvarande spänningar och, därför, den potentiella distorsionen av AM-delen.

I allmänhet, en hög nivå av dragspänningar kan leda till sprickor under utskrift, samtidigt som spänningar kan leda till deformation i detaljen.

Båda resulterar i att materialet skrotas om dimensionstolerans/förvrängning äventyras eller sprickbildning uppstår. Dock, anta några optimala förhållanden för en viss form, alla effekter på oönskade förvrängningar kan elimineras.

Eftersom variationen av former är enorm, en speciell form, L-form, valdes för att studera effekterna av en uppbyggd orientering.

Tre experimentella metoder användes för att karakterisera kvarvarande spänningar i L-formade delar av Inconel 781, ett material som är viktigt inom energi- och flygindustrin eftersom det har goda mekaniska egenskaper vid hög temperatur.

Röntgendiffraktionsmätningar användes för att karakterisera ytspänningar och laserskanningstekniker mätte totala förvrängningar associerade med att separera proverna från basplattan.

Dock, neutrondiffraktion var nödvändig för att mäta kvarvarande spänning i det inre av proven på grund av den höga penetrationen av neutroner. Teamet Linkoping Unverisity använde icke-destruktiv neutrondiffraktion på Kowari-stamscannern för att mäta och karakterisera kvarvarande spänningar inom huvuddelen av nickelbaserade superlegeringsprover för att studera effekterna av prov AM-uppbyggnadsorientering.

Delen tryckt i en horisontell orientering visade minst belastning i alla tre riktningarna, visar vägen för optimering av uppbyggnaden av generiska L-former.

Dock, i alla riktningar, det fanns en allmän tendens till tryckspänning i mitten av delen. Dragspänning observerades nära ytan i alla prover, vilket verkar vara potentiellt problematiskt och måste åtgärdas.

"Det finns en viss effekt av uppbyggnadsorienteringen i bildandet av kvarvarande spänningar och, därför, om prestandan för AM-delarna, sa Prabhat Pant, en doktorsexamen student från Linköpings universitet som fick stöd av Stiftelsen för Strategisk Forskning (SSF).

Hans träningsuppdrag, med stöd av byrån, var att utföra forskning utomlands som förberedelse för den förväntade uppstarten av European Spallation Source, världens mest kraftfulla neutronkälla. Den lokala övervakningen vid ANSTO tillhandahölls av Luzin från ACNS.

"Att kunna förutsäga kritiska områden där de kommer att inträffa för att minska dem är en betydande produktionsfördel, " sa Pant.

"Även om dessa restspänningar kan modifieras med efterbearbetningstekniker, rollen av kvarvarande spänning under uppbyggnad är avgörande för att förhindra förvrängning eller sprickbildning när som helst under tillverkningsprocessen."

Forskningen inkluderade utvecklingen av en förenklad simuleringsteknik som använder finita elementanalys för att förutsäga kvarvarande spänningar baserat på delgeometri, som, när verifierad med neutronexperimentella resultat, var i en bra praktisk överenskommelse.

Dock, utredarna noterade att det fanns en komplex sammankoppling av kvarvarande spänningar i byggt tillstånd för delarna med delens orientering, och den bebyggda delens geometri.

"Vi fick en bättre förståelse för hur byggorientering, stödstrukturen och spänningskoncentrationen bidrar till utvecklingen av kvarvarande spänningar under laserbäddsfusionsprocessen, sa Pant.