Effect of filler wire position on material transfer in off-axis laser wire DED (Directed Energy Deposition)
Hämäläinen, Leevi (2022)
Kandidaatintyö
Hämäläinen, Leevi
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022042530299
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022042530299
Tiivistelmä
Behavior of filler material in the additive manufacturing process of directed energy deposition is investigated in this thesis. The objective was to research the effect on filler material transfer when changing filler wire feed positions. Prior research has not utilized a monitoring system to gather data on material transfer. This thesis consists of a literature review and an experimental part.
A directed energy deposition machine that melts filler wire using a laser was used in the experimental part. Front feeding, rear feeding and side feeding were used as the filler wire feeding positions. The filler wire was directed to the trailing edge of the laser spot. The monitoring data was used to analyze the behavior of filler material during the process. The tracks for each run were analyzed afterwards.
A U-shape was observed in the melt pool for front feeding of filler wire. The melt pool shape for side feeding of filler wire was asymmetric. However, no major differences in the tracks were observed. This suggests that off-axis directed energy deposition could be used to manufacture parts that require movement of the deposition head in multiple directions. Kandidaatintyössä tutkittiin lisäaineen käyttäytymistä lisäävän valmistuksen alalla olevassa suorakerrostusprosessissa. Tutkimuksessa pyrittiin selvittämään lisäainelangan syöttösijaintien vaikutusta lisäainemateriaalin siirtymiseen levyyn. Aikaisemmissa suorakerrostuksen lisäainelangan syöttösijainteja käsittelevissä tutkimuksissa ei ole käytetty monitorointilaitetta datan keräämiseen. Työ koostuu kirjallisuuskatsauksesta ja kokeellisesta osuudesta.
Kokeellisessa osuudessa käytettiin suorakerrostuslaitetta, joka sulattaa lisäainelankaa laserilla. Laserpisteen takareunalle kohdistettua lankaa syötettiin vuorollaan laserin edestä, takaa ja sivuilta. Monitorointidatasta analysoitiin materiaalin käyttäytymistä prosessin aikana. Prosessin jälkeen tutkittiin jokaisen syöttösijainnin tuottamaa palkoa.
Lisäainelangan etusyötöllä huomattiin U-muotoa sulassa. Sivusyötöllä sulan huomattiin olevan epäsymmetrinen. Tuotetuissa paloissa ei kuitenkaan huomattu suuria eroja. Tämä viittaa siihen, että off-aksiaalista suorakerrostusta on mahdollista käyttää sellaisten kappaleiden valmistamiseen, jotka vaativat suorakerrostuslaitteen ajamista useampaan eri suuntaan.
A directed energy deposition machine that melts filler wire using a laser was used in the experimental part. Front feeding, rear feeding and side feeding were used as the filler wire feeding positions. The filler wire was directed to the trailing edge of the laser spot. The monitoring data was used to analyze the behavior of filler material during the process. The tracks for each run were analyzed afterwards.
A U-shape was observed in the melt pool for front feeding of filler wire. The melt pool shape for side feeding of filler wire was asymmetric. However, no major differences in the tracks were observed. This suggests that off-axis directed energy deposition could be used to manufacture parts that require movement of the deposition head in multiple directions.
Kokeellisessa osuudessa käytettiin suorakerrostuslaitetta, joka sulattaa lisäainelankaa laserilla. Laserpisteen takareunalle kohdistettua lankaa syötettiin vuorollaan laserin edestä, takaa ja sivuilta. Monitorointidatasta analysoitiin materiaalin käyttäytymistä prosessin aikana. Prosessin jälkeen tutkittiin jokaisen syöttösijainnin tuottamaa palkoa.
Lisäainelangan etusyötöllä huomattiin U-muotoa sulassa. Sivusyötöllä sulan huomattiin olevan epäsymmetrinen. Tuotetuissa paloissa ei kuitenkaan huomattu suuria eroja. Tämä viittaa siihen, että off-aksiaalista suorakerrostusta on mahdollista käyttää sellaisten kappaleiden valmistamiseen, jotka vaativat suorakerrostuslaitteen ajamista useampaan eri suuntaan.