Utilization of design for additive manufacturing methodology in L-PBF of metal spare parts
Marquardt, Ralf (2021)
Kandidaatintyö
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021083144865
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021083144865
Tiivistelmä
The purpose of this bachelor 's thesis was to investigate the possibilities and application of the DfAM design principle in the production of metal spare parts with additive manufacturing, especially powder bed fusion technology. The work was conducted as a literature review to explain to the reader the current state of development of the subject, due to the rapid development of incremental manufacturing in recent years.
The work is a collection of the limiting factors of powder bed fusion, the advantages of additive manufacturing and especially the applicability of powder bed fusion to the production of spare parts. These aspects are considered when assessing the practicality and applicability of the design principle in the manufacture of metal spare parts at the industrial level.
The study found that limiting factors are e.g. thermal distortions caused by powder bed fusion and limited part size. For additive manufacturing, parts often need to be redesigned and further optimized. Various simulation methods can be applied to thermal behavior and prediction during printing. Spare part modeling and simulation quality are gaining increasing reliability but need proper application and continuous improvement. In addition, with the help of additive manufacturing, physical experiments can be performed reliably and quickly. Additive manufacturing simultaneously produces custom batches of specimen, which speeds up piece testing. Tämän kandidaatin työn tarkoituksena oli tutkia DfAM suunnitteluperiaatteen mahdollisuuksia ja käyttöä metallisten varaosien tuotannossa soveltaen lisäävän valmistuksen jauhepetisulatustekniikkaa. Työ suoritettiin kirjallisuuskatsauksena, jonka tarkoituksena on selostaa lukijalle aiheen kehityksen nykytasoa, johtuen lisäävän valmistuksen nopeasta kehityksestä viime vuosien aikana.
Työ on kokoelma jauhepetisulatuksen rajoittavista tekijöistä, lisäävän valmistuksen eduista ja eritoten jauhepetisulatuksen soveltavuudesta varaosien tuotantoon. Näitä aspekteja huomioidaan suunnitteluperiaatteen käytännöllisyyden ja käyttökelpoisuuden arvioimisessa metallisten varaosien valmistuksessa teollisella tasolla.
Tutkimuksessa havaittiin, että rajoittavat tekijät ovat mm. jauhepetisulatuksessa aiheutuvat lämpövääristymät ja rajallinen kappaleen koko. Lisäävää valmistusta varten osat on usein suunniteltava uudestaan ja sen lisäksi optimoitava. Tulostuksen aikaiseen lämpökäyttäytymiseen ja ennakoimiseen voidaan soveltaa erilaisia simulaatiometodeja. Varaosien mallinnus ja simulaation laatu ovat saavuttamassa kasvavaa luotettavuutta, mutta kaipaavat oikeaoppista soveltamista ja jatkuvaa kehitystä. Lisäksi lisäävän valmistuksen avulla fysikaaliset kokeet voidaan tehdä luotettavasti ja nopeasti. Lisäävä valmistus tuottaa samanaikaisesti liudan räätälöityjä kappaleita, mikä nopeuttaa kappaleiden testausta.
The work is a collection of the limiting factors of powder bed fusion, the advantages of additive manufacturing and especially the applicability of powder bed fusion to the production of spare parts. These aspects are considered when assessing the practicality and applicability of the design principle in the manufacture of metal spare parts at the industrial level.
The study found that limiting factors are e.g. thermal distortions caused by powder bed fusion and limited part size. For additive manufacturing, parts often need to be redesigned and further optimized. Various simulation methods can be applied to thermal behavior and prediction during printing. Spare part modeling and simulation quality are gaining increasing reliability but need proper application and continuous improvement. In addition, with the help of additive manufacturing, physical experiments can be performed reliably and quickly. Additive manufacturing simultaneously produces custom batches of specimen, which speeds up piece testing.
Työ on kokoelma jauhepetisulatuksen rajoittavista tekijöistä, lisäävän valmistuksen eduista ja eritoten jauhepetisulatuksen soveltavuudesta varaosien tuotantoon. Näitä aspekteja huomioidaan suunnitteluperiaatteen käytännöllisyyden ja käyttökelpoisuuden arvioimisessa metallisten varaosien valmistuksessa teollisella tasolla.
Tutkimuksessa havaittiin, että rajoittavat tekijät ovat mm. jauhepetisulatuksessa aiheutuvat lämpövääristymät ja rajallinen kappaleen koko. Lisäävää valmistusta varten osat on usein suunniteltava uudestaan ja sen lisäksi optimoitava. Tulostuksen aikaiseen lämpökäyttäytymiseen ja ennakoimiseen voidaan soveltaa erilaisia simulaatiometodeja. Varaosien mallinnus ja simulaation laatu ovat saavuttamassa kasvavaa luotettavuutta, mutta kaipaavat oikeaoppista soveltamista ja jatkuvaa kehitystä. Lisäksi lisäävän valmistuksen avulla fysikaaliset kokeet voidaan tehdä luotettavasti ja nopeasti. Lisäävä valmistus tuottaa samanaikaisesti liudan räätälöityjä kappaleita, mikä nopeuttaa kappaleiden testausta.