A hierarchical procedure is developed to determine maximum overall yield of a process and optimize process changes to achieve such a yield. First, a targeting procedure is developed to identify an upper bound of the overall yield ahead of detailed design. Several mass integration strategies are proposed to attain maximum yield. These strategies include rerouting of raw materials, optimization of reaction yield, rerouting of product from undesirable outlets to desirable outlets, and recycling of unreacted raw materials. Path equations are tailored to provide the appropriate level of detail for modeling process performance as a function of the optimization variables pertaining to design and operating variables. Interval analysis is used as an inclusion technique that provides rigorous bounds regardless of the process nonlinearities and without enumeration. Then, a new approach for identification of cost-effective implementation of maximum attainable targets for yield is presented. In this approach, a mathematical program was developed to identify the maximum feasible yield using a combination of iterative additions of constraints and problem reformulation. Next, cost objectives were employed to identify a cost-effective solution with the details of design and operating variables. Constraint convexification was used to improve the quality of the solution towards globability. A trade-off procedure between the saving and expenses for yield maximization problem is presented. The proposed procedure is systematic, rigorous, and computationally efficient. A case study was solved to demonstrate the applicability and usefulness of the developed procedure.

The focus in this work is on the use of ultrasonic testing as a method for inspecting components manufactured through additive manufacturing (AM) processes. The research is rooted in the need for effective non-destructive testingtechniques that can adapt to the unique challenges posed by AM-produced materials, including complex defect geometries and surface conditions. Ultrasonic testing is a versatile form of non-destructive testing, offering theability to detect internal flaws, such as voids, cracks, and inclusions, with highprecision and in real-time. Unlike many competing methods, ultrasonic testing works on most types of materials. Ultrasonic testing has been applied forinspection purposes for a long time. Now with emerging manufacturing methods, there is a need for evaluation techniques to keep up with this development.New data processing algorithms open up possibilities of extracting more information from the acquired signal. The thesis provides a review of UT’s capabilities in detecting and classifyingdefects within AM components, with a particular emphasis on the subtletiesintroduced by the layer-by-layer construction method inherent to AM technologies. The work advances development and validation of simulation modelsaimed at predicting the ultrasonic response from manufactured defects. Thesemodels are crucial for understanding the interaction between ultrasound wavesand material anomalies, offering insights into the potential for enhanced defectdetection strategies. The research also explores the practical case of integrating UT into the quality assurance processes by relying on mathematical simulation rather than experimental data. The findings suggest avenues for the refinement of creation of inspection procedure, including the the use of meta-models to cheaply acquire worst-case scenario defects, to better accommodate the specificities of AM materials. / Den här avhandlingen handlar om ultraljudsprovning av additivt tillverkade metalkomponenter. Ultraljud är en av flera metoder som används för att detektera defekter i komponenter utan att förstöra komponenten i processen. Samlingsnamnet för dessa metoder är oförstörande provning. Oförstörande provning är en viktig pusselbit i samhällets säkerhet då det möjliggör identifiering och utvärdering av potentiella defekter i material, vilket förebygger olyckor och strukturella fel. Vidare är det en viktig del inom hållbar utveckling genom att maximera nyttjandet av komponenter då dessa inte behöver ersättas med ett överdrivet försiktigt underhållsintervall. Ultraljudsprovning fungerar genomatt ultraljud introduceras in i en komponent, varefter en givare registrerar ekon som uppstår när ljudvågorna interagerar med eventuella defekter. Detta möjliggör både lokalisering och storleksbedömning av defekter, t.ex. sprickor, bindfel eller porer. Resultaten av den här avhandlingen syftar till att ge förutsättningar för att förbättra tolkningen av dessa signaler, dels genom att experimentellt validera simuleringsmodeller, samt tillämpning av dessa modeller för att utveckla en metamodell för att prediktera amplitudsvaret från en mängd defekter inom en viss parameterrymd. Med verktyg som detta kan billigare inspektionsprocedurer möjliggöras genom att man till större del kan förlita sig på simulering av signaler snarare än att skaffa stort underlag med experimentell data. / <p>Paper A, B and C are not included in the eletronic version. Paper C is under submission.</p>

This thesis focuses on the topic of PBF-LB applied to titanium alloys. Of allalloys, an α + β is chosen, named Ti-6Al-4V. The selection of this particular alloy is driven by its current widespread use in many industrial applications where high strength coupled with low density are both desirable properties. For the last 50 years, parts made with this alloy have been cast or forged and then machined to achieve the final geometry. There is now an opportunity totransform this process chain by additive manufacturing, hence reducing material waste and achieving near net shape from powder feedstock. The process is summarised as follows: a laser selectively melts areas on a build plate where powder is pre-placed. Then a successive powder layer is spread and the process is repeated until completion. Upon removal of the part from the build plate, loose powder in the chamber is collected and recycled whenever possible. The design freedom provided by powder bed fusion methods enables production of intricate geometries and added functionality, despite the need for post-build consolidation and/or microstructural adjustments. Today’s fine and narrow powder cuts (e.g., 15-50μm) are designed to be coupled with low layer thicknesses (i.e., 30μm) to achieve smooth surfaces and high resolutions of small features e.g., internal cooling channels. However, costs associated with production of fine and narrow powder cuts are substantial as refinement of batches requires multiple sieving steps. In addition, resulting building times are considerably long (i.e., days), therefore a beneficial alternative could be that of exploring higher layer thicknesses together with wider and coarser powder cuts. The main idea of this work is to investigate the effects of employing a powder with a wider size distribution 15-90μm. The aim is to reduce the sievingrequired and consequently decrease the costs of developing and building parts made by PBF-LB. An extensive microstructural investigation is conducted on single tracks and cubes built with 27 different process parameter combinations, which also attempts to establish correlations between characteristics of tracks and responses measured in cubes. As a second step, the amount of residual porosity of asbuilt cubes is chosen as the discriminant for further mechanical testing of sub and super-β transus high-pressure heat treated material. / Den här avhandlingen fokuserar på additiv tillverkning av titanlegeringar med laser pulverbädd metoden. Den legering som främst är i fokus är Ti-6Al-4Vsom är en α+β legering. Anledningen till valet av denna titanlegering är att det är den vanligast förekommande titanlegeringen och att den används i ett antal olika industriella tillämpningar där hög styrka i kombination med låg vikt är önskvärda egenskaper. Under de senaste 50 åren har komponenter utav denna legering tillverkats med gjutning eller smide, följt av bearbetning till slutlig geometri. Med hjälp av additiv tillverkning finns nu en möjlighet att förändra tillverkningskedjan i vilket minskat materialspill och en mer nära-slutgeometri kan erhållas direkt genom användning av metallpulver som utgångsmaterial. Processen kan summeras enligt följande: en laser smälter ett förbestämt område på en byggplatta som täckts mer pulver. Därefter adderas ytterligare ett lager med metallpulver ovanpå, på vilket samma process sker igen, och igen osv, tills hela detaljen är färdigtillverkad. När detaljen ska tas loss ifrån byggplattan samlas det kvarvarande icke-smälta pulvret upp och återanvänds i så stor utsträckning som möjligt. Frihetsgraderna vid design i processen möjliggör tillverkning av komplexa geometrier och adderade funktionaliteter, även fast efterbehandling och/eller justeringar av mikrostrukturen kan behövas. Dagens smala pulverstorleksfördelning (tex 15-50μm) är avsedd att ge tunna lagertjocklekar (tex 30μm) för att åstadkomma en fin yta och hög upplösning av små geometrier, såsom exempelvis interna kylkanaler. Men kostnaderna som det innebär att framställa och sortera ut fina och smala kornstorleksfördelningarär avsevärd eftersom det innebär flera steg med silning. Vidare leder de tunnalagertjocklekarna till långa byggtider (typiskt dagar). Ett alternativ, som därför vore fördelaktigt, är att undersöka möjligheten med att bygga tjockare lager med en bredare och större pulverstorleksfördelning. Huvudfokuset i detta arbete fokuserar på att undersöka effekterna av att använda en bredare pulverpartikelstorleksfördelning 15-90μm, med syfte at minska silningsbehovet och därmed reducera kostnaden för att utveckla och tillverka detaljer med laser pulverbädd additiv tillverkning. En omfattande mikrostrukturundersökning har gjorts på enkelsträngar och kuber byggda med 27 olika processparameter-kombinationer, vilket samtidigt försöker identifiera korrelationer mellan enkelsträngarnas karaktäristik med resultaten uppmätta hos kuberna. I ett nästa steg har material, som tillverkats med processparametrar som renderade i minst/mest porer hos kuberna, mekaniskt provats efter att det högtrycksvärmebehandlats över- respektive under β-transus. / <p>Paper A is not included due to the copyright.</p><p>Paper B and C are to be submitted.</p>