Laser-lanka DED : Parametrien vaikutus kerroksien paksuuteen ja laatuun

Abstract

Tämän kandidaatintyön aiheena oli suorittaa parametrikartoitus laser-lanka suorakerrostuslaitteistolle. Työn tavoitteena oli selvittää miten laserteho, langansyöttönopeus ja kuljetusnopeus vaikuttavat valmistettavien kerrosten paksuuteen ja laatuun. Laser-lanka suorakerrostus on melko uusi ja vähän tutkittu valmistusmuoto verrattuna laser-jauhe suorakerrostukseen. Etuna laseria ja lankaa käyttävässä prosessissa verrattuna laseria ja jauhetta käyttävään prosessiin on esimerkiksi tehokkaampi materiaalinkäyttö. Suorakerrostuslaitteistoa käytettäessä on tärkeää tietää miten korkeita tulostettavista kerroksista muodostuu, jotta tiedetään kuinka korkealle seuraava kerros tulee tulostaa.

Työ sisältää kirjallisuuskatsauksen lisäävästä valmistuksesta ja suorakerrostuksesta sekä laboratoriotutkimuksen. Laboratoriotutkimuksessa laser-lanka suorakerrostuslaitteistolla tulostettiin kerroksia eri parametrien asetuksilla LUT Koneen Lasertyöstön ja lisäävän valmistuksen tutkimusryhmän laboratoriossa. Sulatettavan langan materiaalina käytettiin 316L ruostumatonta terästä. Tämän jälkeen tulostettuja kerroksia analysoitiin visuaalisesti sekä niiden korkeudet ja poikkipinta-alat mitattiin 3D-mittauslaitteistolla.

Päätuloksina saatiin tietoa siitä miten eri parametrien arvojen muutokset vaikuttavat tulostettujen kerrosten paksuuteen ja poikkipinta-alaan. Langansyöttönopeuden lisääminen kasvatti kerroksien paksuutta. Lasertehon ja kuljetusnopeuden lisääminen vähensi kerroksien paksuutta. Lisäksi tutkimuksessa todettiin, että liian suuri langansyöttönopeus suhteessa kuljetusnopeuteen tekee tulostetusta kerroksesta epätasaisen. Laboratoriotutkimuksesta saatuja tuloksia voidaan hyödyntää laser-lanka pohjaisen DED prosessin kehittämisessä.

The topic of this thesis was to conduct a parameter mapping of laser-wire directed energy deposition (DED) machine. The object was to find out how laser power, wire feed speed and process speed affect the thickness and quality of the layers to be manufactured. Laser-wire DED is a quite new and less studied manufacturing method compared to laser-powder DED. The advantage of the process using a laser and wire compared to the process using a laser and powder is, for example, a more efficient use of materials. When using DED machine, it is important to know how high the layers to be printed will be, in order to know at what height the next layer should be printed.

This thesis includes a literature review on additive manufacturing and directed energy deposition as well as laboratory study. In a laboratory study, the layers were printed with different parameter settings using the laser-wire DED machine in the LUT Laser processing and additive manufacturing laboratory. The material of the wire used was 316L stainless steel. After printing, the printed layers were analyzed visually, and their heights and crosssectional areas were measured using 3D measurement equipment.

The main results provided information on how changes in the values of different parameters affect the thickness and cross-sectional area of the printed layers. Increasing the wire feed speed increased the thickness of the layers. Increasing the laser power and scanning speed decreased the thickness of the layers. In addition, the study found that too high wire feed speed compared to scanning speed makes the printed layer uneven. The results obtained from laboratory study can be used in further to develop the laser-wire based DED process, especially when multiple layers are printed on top of each other with the laserwire machine.