< Terug naar vorige pagina

Project

In-situ laser gebaseerd subtractief bewerken voor verbeterde nauwkeurigheid van metalen stukken geproduceerd via laser poederbed fusie

Laserpoederbed fusie (LPBF) is een additieve productietechniek die momenteel centraal staat in zowel de academische wereld als de industrie. Ondanks zijn talrijke voordelen, blijven onvoldoende oppervlaktekwaliteit en maatnauwkeurigheid de belangrijkste nadelen. Bovendien is een uitgebreide nabewerking nodig om aan de industriële eisen te voldoen, waardoor de reeds hoge productietijd en -kosten nog verder toenemen. Dit werk pakt deze uitdagingen aan door de LPBF-productiviteit te verhogen en door in situ de oppervlaktekwaliteit van opwaarts gerichte oppervlakken te verbeteren.

De productiviteit wordt verbeterd door de laserpuntgrootte te vergroten via ”defocussering” (werken buiten het brandvlak). Een grotere puntgrootte leidt tot een hogere productiviteit, ten koste van een lagere geometrische nauwkeurigheid. Dit kan opgelost worden door een ”hull-core” (”romp-kern”) bouwstrategie te gebruiken, bestaande uit een zeer nauwkeurige parameterset met een kleine laserspotgrootte voor de buitenste (hull) zone, en een hoge productiviteitsparameterset met een grotere spot voor de binnenste (core) zone. De resultaten zijn veelbelovend, de geschatte productiviteitstoename op basis van bulkmonsters bedroeg een factor drie (+193%). Het exacte effect van het verschil in grootte van het smeltbad op de microstructuur moet echter nog worden bepaald.

Het grootste deel van dit proefschrift gaat over geometrische uitdagingen in LPBF. De ruwheid van horizontale opwaarts gerichte oppervlakken kan worden verbeterd door in situ hersmelten (remelting). Aan de andere kant, leidt het echter vaak tot een verhoging van de hoogte van de randen op het werkstuk (edge effect). In dit werk wordt de geometrische nauwkeurigheid in dit gebied verbeterd met behulp van in-situ laserablatie.

Verder is er een verband gevonden tussen de schuine oppervlaktestructuur en het edge effect, waardoor een betere optimalisatie voor verschillende oppervlaktehellingen mogelijk is. Bovendien is er een nieuwe methode ontwikkeld voor in-situ kwaliteitsverbetering van hellende oppervlakken. Meestal kunnen hellende oppervlakken niet in situ worden hersmolten, omdat ze bedekt zijn met poeder. De gepresenteerde methode maakt gebruik van lasergeïnduceerde schokgolven (LISW) gegenereerd door een nanoseconde gepulseerde laser. In de eerste stap wordt het poeder verwijderd met behulp van LISW, waardoor een directe toegang tot het hellende oppervlak mogelijk is, dat kan worden hersmolten via een continuegolflaser. Zonder nabehandeling (in de ”as-built” toestand) vertonen hellende oppervlakken een hogere oppervlakteruwheid in vergelijking met horizontale oppervlakken. De hybride verwerking resulteert in een aanzienlijke verbetering van de oppervlaktekwaliteit, waarbij de oppervlaktekwaliteit van zowel horizontale als hellende oppervlakken na hersmelten vergelijkbaar is. De methode kan worden toegepast op verschillende componentvormen met inclinatiehoeken tot 35-45º. De eerste tests van deze stukken laten een significant verbeterde levensduur zien door de afwezigheid van inkepingen die vroegtijdige scheurvorming voorkomen.

Datum:15 mei 2017 →  9 jun 2021
Trefwoorden:3D printen, metaal, selectief laser smelten
Disciplines:Productietechnieken, Andere mechanische en productie ingenieurswetenschappen, Productontwikkeling, Controlesystemen, robotica en automatisatie, Ontwerptheorieën en -methoden, Mechatronica en robotica, Computertheorie
Project type:PhD project