Characteristics of metal additive manufacturing in four-stroke engine manufacturing process
Raukola, Juho (2017)
Diplomityö
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017121955988
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017121955988
Tiivistelmä
This study is carried out to investigate the potential and the requirements for metal additive manufacturing in Wärtsilä four-stroke engine manufacturing process. The requirements for industrial-scale implementation of AM are elaborated in design, manufacturing process, cost structure, and mechanical properties of parts. The thesis comprises a literature research, and an experimental part. In the literature part, powder-based metal AM processes, and the machinery are reviewed, comprehensive DFAM (design for additive manufacturing) guidelines are constructed, and based on cost structure research two models for part cost estimation are generated. Also, mechanical properties, and industrial applications of AM are discussed. In the experiments, directed energy deposition of nickel-based alloys on nodular cast iron is examined.
The focus of AM in industrial use has recently shifted from prototyping and small-scale production, to serial production of end-use parts. Significant increase in performance, and efficiency could be obtained in engines by AM. However, viable utilization of AM is incredibly complex ensemble of tasks, since almost everything is different to conventional manufacturing. In total, nine different expertise were identified in “feasible approach for AM” model, and intensive cooperation between all the different fields is required for successive utilization. Tämä tutkimus kartoittaa metallin lisäävän valmistuksen potentiaalia ja vaatimuksia Wärtsilän moottorivalmistuksessa. Teollisen 3D-tulostuksen vaatimuksia tutkittiin suunnittelun, valmistusprosessin, kulurakenteen ja tulostettujen osien mekaanisten ominaisuuksien kannalta. Työ koostuu kirjallisuustutkimuksesta ja kokeellisesta osuudesta. Kirjallisuusosassa esitellään jauhepohjaiset tulostusprosessit ja tulostinjärjestelmät, luodaan suunnitteluohjeisto, ja löydösten perusteella muodostetaan kaksi mallia valmistuskulujen arviointiin. Lisäksi määritellään tulosteiden tyypilliset materiaaliominaisuudet, ja esitellään teollisia sovelluksia. Kokeissa tutkittiin pallografiittivaluraudan lasersuorakerrostusta nikkeliseoksilla.
Tulostinlaitteistojen pääpaino on vaihtunut prototyyppien ja piensarjojen valmistuksesta lopputuotteiden sarjavalmistukseen. Lisäävän valmistuksen avulla voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia moottoreiden suorituskyvyssä ja polttoainetehokkuudessa. 3D-tulostus on kuitenkin erittäin monimutkaista, ja miltei kaikki on erilaista perinteisiin menetelmiin verrattuna. Yhteensä yhdeksän eri osaamistarvetta tunnistettiin luodussa ”kannattava tulostus”-mallissa, ja sen onnistuminen vaatii intensiivistä yhteistyötä.
The focus of AM in industrial use has recently shifted from prototyping and small-scale production, to serial production of end-use parts. Significant increase in performance, and efficiency could be obtained in engines by AM. However, viable utilization of AM is incredibly complex ensemble of tasks, since almost everything is different to conventional manufacturing. In total, nine different expertise were identified in “feasible approach for AM” model, and intensive cooperation between all the different fields is required for successive utilization.
Tulostinlaitteistojen pääpaino on vaihtunut prototyyppien ja piensarjojen valmistuksesta lopputuotteiden sarjavalmistukseen. Lisäävän valmistuksen avulla voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia moottoreiden suorituskyvyssä ja polttoainetehokkuudessa. 3D-tulostus on kuitenkin erittäin monimutkaista, ja miltei kaikki on erilaista perinteisiin menetelmiin verrattuna. Yhteensä yhdeksän eri osaamistarvetta tunnistettiin luodussa ”kannattava tulostus”-mallissa, ja sen onnistuminen vaatii intensiivistä yhteistyötä.