Additive manufacturing (AM) has the possibility of producing complex-shaped components which can not be produced by conventional manufacturing methods. This gives the opportunity for designers to freely think outside the design spectra which is otherwise limited by conventional manufacturing methods. AM of metal has rapidly been developed for the last three decades, and they now are reaching industrial acceptance levels, metal feedstock for use in AM is also rapidly growing. AM of metals is especially of interest for the tooling industry. The design freedom which AM offers the tooling manufacturer can design complex cooling channels within moulds, which could reduce cycle time and enhance the quality of components produced with the moulds. Maraging steels have been proven to both be able to be processed with AM but also have comparable performance to traditionally carbon-based used tool steels. Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is one of the most promising AM systems today, by using powder as a feedstock it can produce high-resolution parts without needing to process them after they have been produced. However, there is a need to better understand processing within the LPBF system. This master thesis is aimed to process a newly developed maraging steel from Uddeholm, and conduct process parameter experiment and study their correlation to be able to produce samples with as few defects possible. It is crucial to conform to a good methodology for how to find those correlations and see how they influence the printed material. LPBF process has a multi-complex variable system, and by narrowing down the complexity by focus on the most influencing parameters as has been proven by many researchers. Even with a reduced focus, it is still a multi-variable problem. In this study a methodology of finding process parameters relations, a Design Of Experiment software was used, namely, MODDE. By screening of process parameter ranges, within the software, a statistical evaluation of operational process window can be found with fewer conducted experiment. Development of process parameter can traditionally be time-consuming and result in an unnecessary large number of experiments to find the operational window. The experiment showed that laser power and point distance had the most influencing effect on relative density, followed by exposure time and hatch distance. The experiment was firstly conducted with a layer thickness of 50 µm, the achieved relative density resulted in over 99.8 percent. However, a large lack of fusion defects was observed inside the specimens. Even though a high relative density was measured, a pore analysis has to be conducted to fully understand the size and shape of defects since they can have a severe impact on mechanical properties. It was believed that the layer thickness was too high and that the defects could be reduced by printing a set with same process parameters but with a lower layer thickness of 40 µm instead. The reduction of layer thickness did result in a significant decrease of the defects observed. However, future work after this thesis must be continued to further optimize and to increase the solidity of printed material to reach closer to its conventional produced relatives / Additiv tillverkning har möjligheten att producera komplext konstruerade komponenter som inte kan produceras med konventionella tillverkningsmetoder. Detta ger konstruktörer möjligheten att fritt tänka utanför designspektra som annars begränsas av konventionella tillverkningsmetoder. Additiv tillverkning av metall har snabbt utvecklats under de senaste tre decennierna och har nu nått industriella acceptansnivåer. Metallråvara för användning i additiv tillverkning växer snabbt. Additiv tillverkning av metaller är särskilt intressant för verktygsindustrin, designfriheten som additiv tillverkning kan erbjuda verktygstillverkaren för att kunna utforma komplexa kylkanaler inuti formar. Det kan således reducera cykeltiden och förbättra kvaliteten på komponenter som produceras med formarna. Maråldringsststål har visat sig att både kunna processas i additiv tillverkning och har jämförbara egenskaper med traditionellt kolbaserade verktygsstål. Pulverbäddsystemet är ett av de mest lovande systemen idag, genom att använda pulver som råmaterial kan systemet producera komponenter med hög noggranhet utan att behöva bearbeta dem efter att processen är klar. Det finns emellertid ett behov av att bättre förstå själva processen inom pulverbädds teknologin. Den här masteruppsatsen syftar till att additivt tillverka ett nyutvecklat maråldringsstål från Uddeholm. Samt att genomföra processparameterexperiment och studera deras korrelation för att kunna producera prover med så få defekter som möjligt. Det är avgörande att hitta en metod för hur man hittar korrelationerna och se hur de påverkar det tillverkade materialet. Pulverbäddsystemet har ett multikomplext variabelsystem. För att minska komplexiteten kan fokus läggas på de mest inflytelserika processparametrarna, vilket har bevisats av många forskare. Även med ett reducerat fokus är det fortfarande ett flervariabelsproblem. I denna studie användes en metod för att hitta relationer mellan processparametrar och en Design Of Experiment-programvara, nämligen MODDE. Genom screening av processparametrar, inom programvaran, kan en statistisk utvärdering av operativt processfönster hittas med färre genomförda experiment. Utvecklingen av processparametrar kan traditionellt vara tidskrävande och resultera i ett onödigt stort antal experiment för att hitta det operativa fönstret av processparametrar. Experimentet visade att lasereffekt och punktavstånd påverkande den relativa densiteten mest, följt av exponeringstiden och spåravståndet. Experimentet genomfördes först med en lagertjocklek av 50 mikrometer, lagertjockleken resulterade i en relativ densitet på över 99,8 procent. Emellertid observerades stora fusionsdefekter inuti proverna. Även om en hög relativ densitet mättes, måste en poranalys genomföras för att fullt ut förstå storleken och formen på defekter eftersom de kan ha en avgörande inverkan på mekaniska egenskaperna. Det misstänktes att lagertjockleken var för hög och att defekterna kunde minskas genom att tillverka en ytterligare uppsättning av samma processparametrar men med en lägre lagertjocklek på 40 mikrometer istället. Minskningen av lagertjockleken resulterade i en signifikant minskning av de observerade defekterna. Framgent efter den här avhandlingen måste dock arbetet fortsätta att ytterligare optimera och öka soliditeten i det additivt tillverkade materialet. Det för att uppnå bättre prover och komma ännu närmre det konventionellt tillverkade materialets egenskaper.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-79004 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Johansson, Kenny |
| Publisher | Karlstads universitet, Avdelningen för maskin- och materialteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0031 seconds