Väsymiskestävien osien suunnittelu metallijauhepetitulostukselle

Abstract

Additiiviset valmistusmenetelmät, kuten jauhepetitulostus ovat yleistyneet viime vuosina huomattavasti, tarjoten paljon uusia mahdollisuuksia komponenttien suunnitteluun ja valmistukseen. Verrattuna perinteisemmillä valmistusmenetelmillä valmistettuihin vastineisiin, jauhepetitulosteilla on tyypillisesti huono väsymiskestävyys. Tämä rajoittaa käyttökohteiden määrää, joissa jauhepetitulostettuja osia voidaan hyödyntää. Tämän kandidaatin työn tavoitteena on koota LPBF-osien väsymiskestävyyteen vaikuttavia tekijöitä sekä käsitellä sitä, miten niitä muuttamalla voidaan optimoida osien väsymiskestävyys. Tutkielma on rajattu suunnitteluvaiheen kannalta merkittäviin tekijöihin. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Sen yleiset taustatiedot pohjautuvat alan kirjallisuuteen, kuten oppikirjoihin. Tarkempien arvojen ja yksityiskohtien osalta lähteenä on käytetty pääasiassa aiheesta tehtyjä tutkimuksia. Tutkielman väitteitä on pyritty perustelemaan mahdollisimman kattavilla lähteillä, saatavilla olevan tutkimusmateriaalin puitteissa. Tutkielma on jaettu kolmeen osaan: Ensin käsitellään LPBF-osien laatuun ja lujuuteen vaikuttavia tekijöitä, jotka ovat tärkeä pohja väsymiskestävyydelle. Toisena käsitellään suoraan väsymiskestävyyteen vaikuttavia tekijöitä. Viimeisenä on yhteenveto, jossa käydään läpi tutkielman löydökset. Tutkielmassa huomattiin, että väsymiskestävyyteen vaikuttavat tekijät ovat käytetyn materiaalin ominaisuudet, osan sisäiset jännitykset ja osan pinnanlaatu. Jälkikäsittelyillä huomattiin olevan suuri merkitys sekä materiaalin ominaisuuksiin, että osan pinnankarheuteen, riippuen käytetystä jälkikäsittelymenetelmästä. Paras mekaaninen väsymiskestävyys voidaan saavuttaa valitsemalla materiaaliksi titaani tai Inconel, mutta myös teräksellä päästää hyvään lopputulokseen. Jälkikäsittelymenetelmistä paras tulos saadaan yhdistämällä lämpökäsittely ja osan geometrialle soveltuva pintakäsittelymenetelmä, kuten koneistaminen tai kemiallinen käsittely. Sisäisiin jännityksiin voidaan vaikuttaa lähinnä lisäämällä materiaalin määrää, mutta myös optimoimalla osan rakenteen.