This thesis analyzes the influence of process gases on the formation and the characteristics of process byproducts that emerge during additive manufacturing of an aluminum alloy belonging to the 2000 series. In order to address the influence, four pure gases, argon, nitrogen, helium, and carbon dioxide, were used as a shielding gas on the same parameter sets. The interaction of the laser beam with the powder bed under each shielding condition was recorded by a camera. The humidity, particle size distribution, and chemistry of the spatters produced after each job was analyzed. The chemistry of small cylinders printed, was determined. The density of the produced cubic samples was determined following the Archimedes principle, as well as through the analysis of the cross-section. Lastly, the embedded and polished samples were etched, and the penetration depth of the laser was determined. Under argon and nitrogen shielding, the process looked the same and the produced spatters show similar results. Under helium shielding, less incandescent spatters were seen, and the particle size distribution is smaller than under argon or nitrogen. Carbon dioxide resulted in the highest number of incandescent particles and a change of the color of the rays from red to yellow. The chemical analysis shows that a slight increase of nitrogen in the spatters and the bulk material can be seen under nitrogen shielding. Oxygen and hydrogen content was sim- ilar under argon, nitrogen, and helium shielding. Carbon dioxide shielding resulted in the highest oxygen content in the spatter and the bulk material. The density is highest under helium shielding, and lowest under carbon dioxide shielding. Under argon and nitrogen shielding, the density was similar. The study concluded that the choice of a process gas is not an arbitrary one but should be selected with care. / Denna avhandling analyserar processgasernas påverkan på bildandet och egenskaperna hos process biprodukter som uppstår vid additiv tillverkning av en aluminiumlegering som tillhör 2000-serien. För att hantera inflytandet användes fyra rena gaser, argon, kväve, helium och koldioxid som skyddsgas på samma parameteruppsättningar. Interaktionen mellan laserstrålen och pulverbädden under varje skärmningsförhållande registrerades av en kamera. Fuktigheten, partikelstorleksfördelningen och kemin hos stänkarna som producerades efter varje jobb analyserades. Kemien hos de små cylindrarna som trycktes bestämdes. Densiteten hos de producerade kubikproven bestämdes enligt Archimedes princip, liksom genom analys av tvärsnittet. Slutligen etsades de inbäddade och polerade proverna och laserns penetrationsdjup bestämdes. Under argon- och kväveavskärmning såg processen likadan ut och de producerade stänkarna visar liknande resultat. Under heliumskärmning sågs mindre glödande stänk och partikelstorleksfördelningen är mindre än under argon eller kväve. Koldioxid resulterade i det högsta antalet glödande partiklar och en förändring av strålarnas färg från rött till gult. Den kemiska analysen visar att en liten ökning av kväve i stänkarna och bulkmaterialet kan ses under kväveavskärmning. Syre- och väteinnehållet var liknande under argon-, kväve- och heliumskärmning. Koldioxidavskärmning resulterade i det högsta syreinnehållet i stänk och bulkmaterial. Densiteten är högst under heliumskärmning och lägst under koldioxidskärmning. Under argon- och kväveavskärmning var densiteten densamma. Studien drog slutsatsen att valet av en processgas inte är godtyckligt utan bör väljas med omsorg.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-304941 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Kleemeyer, Stefanie Desiree |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2021:600 |
Page generated in 0.0018 seconds