Suorakerrostusmenetelmän heikkoudet ja hybridivalmistusmenetelmien ratkaisut

Abstract

Suorakerrostusmenetelmä on yksi yleisesti käytössä oleva metallien ainetta lisäävän valmistuksen menetelmä, jolla on monia vahvuuksia kuten kyky valmistaa monimutkaisia kappaleita ilman suurta materiaalihävikkiä. Menetelmällä on kuitenkin myös monia heikkouksia, kuten heikko pinnanlaatu, alhainen väsymiskestävyys, rajoitettu mittatarkkuus ja mikrorakenteesta johtuva anisotropia. Näitä heikkouksia voidaan kuitenkin korjata erilaisilla hybridivalmistusmenetelmillä eli yhdistämällä suorakerrostumenetelmä muihin valmistus- ja jälkikäsittelymenetelmiin. Tässä työssä tutkitaan suorakerrostusmenetelmän yleistä toimintaperiaatetta. Sen jälkeen syvennytään menetelmän eri heikkouksiin ja tutkitaan, mistä ne johtuvat. Lopuksi käsitellään erilaisia hybridivalmistusmenetelmiä, joilla heikkouksia voitaisiin vähentää tai poistaa. Näitä ovat CNC-koneistus, laser shock peening ja kuumaisostaattinen pursitus. Tuloksena saatiin, että heikompi pinnanlaatu johtuu kappaleen pintaan tarttuneista sulamattomista jauhepartikkeleista ja porrasefektistä. Alhaisempi väsymiskestävyys johtuu vuorostaan valmistusprosessin aikana syntyneistä epäpuhtauksista, kuten huokoisista. Lisäksi pinnanlaadulla on vaikutusta väsymiskestävyyteen. Mittatarkkuuteen vaikuttavat muun muassa nopeasta lämpenemisestä ja jäähtymisestä syntyvät jännitykset, jotka voivat aiheuttaa kappaleeseen muodonmuutoksia. Anisotrooppiset ominaisuudet johtuvat vuorostaan valmistusprosessin aikana muodostuvasta mikrorakenteesta, joka muodostuu pitkistä pylväsmäisistä rakeista. Tutkituista hybridivalmistusmenetelmistä koneistuksella voidaan parantaa kappaleen pinnanlaatua ja mittatarkkuutta huomattavasti. Laser shock peening vuorostaan vaikuttaa kappaleen mikrorakenteeseen, jolloin se vähentää anisotrooppisia ominaisuuksia ja parantaa väsymiskestävyyttä. Kuumaisostaattisella puristuksella voidaan vähentää kappaleen sisällä olevia huokoisia.