Optimization of support structures for laser powder bed fusion of stainless steel
Särkkä, Markus (2019)
Kandidaatintyö
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019120445623
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019120445623
Tiivistelmä
The aim of this Bachelor thesis was to clarify the usage of support structures in laser powder bed fusion (L-PBF) based on a literature survey. Support structures and their parameters should be optimized with the aim for better product quality while minimizing the use of otherwise unnecessary supports in general. The starting point is to minimize excessive thermal loads, bending and distortion of both the support structure and the printed object, as well as other errors which often occur especially with thinner and overhanging structures.
Along with the optimization of printing a flat piece, it should be useful to apply the parameters of support structures that have been well-found on flat surfaces for inclined and circular surfaces. Problems related to thermal loads such as bending, and in particular the bending of more challenging angles resulting printing interruption, could possibly be solved by lowering the printing speed according to the specific requirements of the printable area.
Printing a thinner metal layer in critical areas could also work as a solution to high thermal loads. Additionally, using easily detachable supports to such areas is possible although it may be hard, due to the mechanically fragile nature of thin features. In order to develop and optimize supports, it is essential to investigate the size, shape and the length among other dimensions of support structures. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selkeyttää teräksen jauhepetisulatuksessa (L-PBF) käytettävien tukirakenteiden nykytilanne kirjallisuuskatsauksen avulla. Tukirakenteet ja niiden parametrit tulisi optimoida tähdäten tuotteen parempaan laatuun minimoimalla samaan aikaan lopuksi poistettavien tukirakenteiden käyttöä.
Lähtökohtana on minimoida sekä tukirakenteiden että tulostettavan kappaleen sisäisiä lämpökuormia ja niistä aiheutuvia taipumia, vääristymiä ja muita virheitä, joita esiintyy usein varsinkin ohuissa ja kaltevissa rakenteissa. Vaakasuorien muotojen tulostuksen optimoinnin ohella on hyödyllistä soveltaa tasaisille pinnoille helpommin löydettäviä tukirakenteiden arvoja myös kalteville sekä pyöreille pinnoille.
Lämpökuormiin liittyvät ongelmat, kuten taipuminen ja etenkin haastavampien kulmien tulostaminen, joka helposti johtaa tulostuksen keskeytymiseen, voitaisiin kenties ratkaista laskemalla tulostusnopeutta tulostusalueen erityisvaatimusten mukaisesti. Ohuemman metallikerroksen tulostaminen kriittiselle alueelle voisi myös toimia ratkaisuna suuriin lämpökuormituksiin. Helposti irrotettavien tukien käyttäminen tällaisille alueille on tärkeää, johtuen ohuiden rakenteiden mekaanisesta haavoittuvuudesta. Tukien kehittämiseksi tulee tutkia ja optimoida tukirakenteiden kokoa, pituutta sekä muotoa eri tilanteissa.
Along with the optimization of printing a flat piece, it should be useful to apply the parameters of support structures that have been well-found on flat surfaces for inclined and circular surfaces. Problems related to thermal loads such as bending, and in particular the bending of more challenging angles resulting printing interruption, could possibly be solved by lowering the printing speed according to the specific requirements of the printable area.
Printing a thinner metal layer in critical areas could also work as a solution to high thermal loads. Additionally, using easily detachable supports to such areas is possible although it may be hard, due to the mechanically fragile nature of thin features. In order to develop and optimize supports, it is essential to investigate the size, shape and the length among other dimensions of support structures.
Lähtökohtana on minimoida sekä tukirakenteiden että tulostettavan kappaleen sisäisiä lämpökuormia ja niistä aiheutuvia taipumia, vääristymiä ja muita virheitä, joita esiintyy usein varsinkin ohuissa ja kaltevissa rakenteissa. Vaakasuorien muotojen tulostuksen optimoinnin ohella on hyödyllistä soveltaa tasaisille pinnoille helpommin löydettäviä tukirakenteiden arvoja myös kalteville sekä pyöreille pinnoille.
Lämpökuormiin liittyvät ongelmat, kuten taipuminen ja etenkin haastavampien kulmien tulostaminen, joka helposti johtaa tulostuksen keskeytymiseen, voitaisiin kenties ratkaista laskemalla tulostusnopeutta tulostusalueen erityisvaatimusten mukaisesti. Ohuemman metallikerroksen tulostaminen kriittiselle alueelle voisi myös toimia ratkaisuna suuriin lämpökuormituksiin. Helposti irrotettavien tukien käyttäminen tällaisille alueille on tärkeää, johtuen ohuiden rakenteiden mekaanisesta haavoittuvuudesta. Tukien kehittämiseksi tulee tutkia ja optimoida tukirakenteiden kokoa, pituutta sekä muotoa eri tilanteissa.