Prosessiparametrien optimointi metallien 3D tulostukselle robotisoidulla suorakerrostus-Arc menetelmällä

Abstract

Tutkimus käsittelee suorakerrostus-Arc menetelmää, jossa hitsausrobotilla hitsataan metallia kerros kerrokselta päällekkäin, kunnes kappaleelle saadaan aikaan haluttu geometria. Kerrostusprosessissa tulee ottaa huomioon useita asioita, kuten sähkövirta, jännite, suutinkulma, suutinetäisyys, nopeus sekä langansyöttö. Tämä tutkimus keskittyy sähkövirran, jännitteen, suutinetäisyyden, nopeuden sekä langansyötön prosessiparametreihin.

Tutkimuksessa optimoidaan prosessiparametrejä suorakerrostus-Arc menetelmällä. Tutkimuksessa käytetään materiaalina 316L ruostumatonta terästä, joka soveltuu hyvin hitsaamiseen esimerkiksi sen korroosiokestävyyden sekä muiden ominaisuuksien takia. Tämän tutkimuksen kokeellisessa osuudessa tehdään yhteensä seitsemän koetta, joista viidessä ensimmäisessä optimoidaan prosessiparametrejä. Kokeissa 6 ja 7 arvioidaan optimoitujen prosessiparametrien soveltuvuutta eri rakenteiden valmistettavuuteen.

Tutkimuksessa tavoitteena on löytää testattavilla arvoilla mahdollisimman hyvän ja tasalaatuisen geometrian omaava tulos. Tulostetuista kappaleista tarkastellaan leveyttä, korkeutta sekä kerroskorkeutta. Kokeissa saatiin testatuilla parametreillä hyvän kerroskorkeuden ja geometrian omaava tulostus, jota käytettiin kokeissa 6 ja 7. Kyseisissä kokeissa tulostettiin useita hitsejä vierekkäin, sekä päällekkäin. Havaittiin että paras tulos saatiin suhteellisen maltillisella nopeudella.

In this thesis, deals with the direct energy deposition-Arc method, in which a welding robot welds a metal layer by layer until the desired geometry of the part is achieved. The layering process has to take into account several factors such as electric current, voltage, nozzle angle, nozzle distance, speed and wire feed. This study focuses on the process parameters of electric current, voltage, nozzle distance, speed and wire feed.

In this thesis, the process parameters are optimized using the direct energy deposition-Arc method. The material used in the study is 316L stainless steel, which is well suited for welding due to its corrosion resistance and other properties. In the experimental part of this study, a total of seven experiments will be carried out, the first five of which will optimize the process parameters. Experiments 6 and 7 evaluate the suitability of the optimized process parameters for the manufacturability of different structures.

The aim of the study is to find the best possible result with uniform geometry for the values to be tested. The width, height and layer height of the printed parts are examined. In the experiments, the tested parameters resulted in a print with good layer height and geometry, which was used in experiments 6 and 7. In these experiments, several welds were printed side by side, as well as on top of each other. It was found that the best results were obtained at a relatively moderate speed.