Arc- and laser-based directed energy deposition benefits within valve manufacturing

Abstract

During this thesis directed energy deposition (DED) methods were studied as a possible new manufacturing technology for valve industry. Goal for Valmet Flow Control Oy was to see if these methods could be used to substitute traditional methods such as casting for valve parts and what benefits could be derived from this.

Using a 6-inch valve body as a test part, prototypes were made with wire arc additive manufacturing (WAAM) and wire laser additive manufacturing (WLAM). Material testing was conducted, and the prototypes were machined and pressurised to verify their functionality. Material testing showed that directed energy deposition methods provide better quality material and structure when compared to casting. Machining time was reduced when compared to casting thanks to less excess material.

Several additional benefits to operations could be brought by adopting directed energy deposition (DED) technology in valve manufacturing. Significantly reduced lead time for parts, potential to use multiple different materials in the same part, and potential new designs enabled by the freedom of additive manufacturing.

Tämän opinnäytetyön aikana tutkittiin suorakerrostuksen menetelmiä mahdollisena uutena valmistusteknologiana venttiiliteollisuudelle. Valmet Flow Control Oy:n tavoitteena oli selvittää, voitaisiinko näitä menetelmiä käyttää perinteisten menetelmien, kuten valamisen, korvaamiseen venttiiliosien valmistuksessa ja mitä etuja tällä voitaisiin saavuttaa.

Käyttäen 6-tuumaisen venttiilin painekuorta testikappaleena, prototyypit valmistettiin valokaareen perustuvalla lankapohjaisella suorakerrostuksella (WAAM) ja laseriin perustuvalla lankapohjaisella suorakerrostuksella (WLAM). Materiaalitestit suoritettiin molempien menetelmien kappaleille, lisäksi prototyypit koneistettiin ja paineistettiin niiden toimivuuden varmistamiseksi. Materiaalitestaus osoitti, että suorakerrostuksen menetelmät tuottavat parempilaatuista materiaalia ja rakennetta verrattuna valamiseen. Koneistusaika myös väheni valamiseen verrattuna, koska kappaleissa oli vähemmän ylimääräistä materiaalia.

Suorakerrostus toisi käytettäessä useita muitakin hyötyjä ja mahdollisuuksia venttiiliteollisuuteen. Merkittävästi lyhentynyt osien toimitusaika, mahdollisuus käyttää useita eri materiaaleja samassa osassa ja mahdolliset uudet muodot ja mallit, jotka lisäävän valmistuksen tuoma suunnittelun vapaus mahdollistaa.