Pure copper (Cu) has the properties of high optical reflectivity and surface tarnishing as well as excellent thermal and electrical conductivity. Accordingly, laser-based additive manufacturing (AM) techniques confront various difficulties to produce thismaterial. In contrast, the electron beam melting (EBM) process is paving to become an excellent method to manufacture AM parts from such materials. This is since theelectron beam is not influenced by the optical reflectivity of the material. Furthermore, EBM works under vacuum that can protect the powder material from oxidization. In addition, the high working temperature and preheating process for each layer canensure a uniform heat input and a much lower cooling rate. Hence, the EBM processcan significantly prevent the parts from delamination failure caused by residual stress. Accordingly, this research work is intended to investigate the EBM processability and geometrical freedom/accuracy of EBM made copper components. The 99.95% pure Cu powder with a particle size range of 45-100μm are used to produce samples. All the samples are built with a certain layer thickness of 50μm with altering parameters, including the processing temperature, line offset, focus offset, beamspeed, and beam current. It is found that the processing temperature of 500°C leadsto low density and severe lateral melting/sintering. Accordingly, the temperature is lowered to 450°C, 400°C, 350°C, and 310°C to control the excessive lateral melting. Since dense parts could only be produced above 400°C, this work focuses on developing 400°C processing temperature with different line offset, focus offset, beamspeed, and beam current. However, it is observed that the processing window of the EBM process is rather narrow, too high or too low energy input could both result in a porous part with severe distortion. After many experimental optimizations runs, the combination of the optimum parameters is reached which can deliver parts with over 99% density and a good geometrical stability. After optimization, the benchmark partsare designed and manufactured according to electrical and thermal applications (using the optimum parameters). Afterwards, the corresponding geometrical freedomand accuracy of the copper components made by EBM is assessed and discussed. / Ren koppar (Cu) har egenskaper som hög optisk reflektivitet och ytans anlöning samt utmärkt termisk och elektrisk ledningsförmåga. Följaktligen möter laserbaserad additiv tillverkning (additive manufacturing, AM) olika svårigheter när det gäller att producera detta material. Däremot är elektronstrålesmältning ("electron beam melting", EBM) på väg att bli en utmärktmetod för att tillverka AM-delar av sådana material. Detta beror på att elektronstrålen inte påverkas av materialets optiska reflektivitet. Dessutom arbetar EBM under vakuum som kan skydda pulvermaterialet från oxidering. Dessutom kan den höga arbetstemperaturen och förvärmningsprocessen för varje lager säkerställa en jämn värmetillförsel och en mycket lägre kylningshastighet. EBM-processen kan därför i hög grad förhindra att delamineringsfel orsakade av restspänningar uppstår. Syftet med detta forskningsarbete är därför att undersöka EBM-processbarheten och den geometriska friheten/precisionen hos EBM tillverkade kopparkomponenter. Det 99,95 % rena Cu-pulvret med ett partikelstorleksområde på 45-100 μm används för att producera prover. Alla prover är byggda med en viss tjocklek på 50 μm med ändrade parametrar, inklusive bearbetningstemperatur, linjeförskjutning, fokusförskjutning, strålhastighet och strålström. Det har visat sig att bearbetningstemperaturen på 500°C leder till låg densitet och allvarlig lateral smältning/sintring. Följaktligen sänks temperaturen till 450°C, 400°C, 350°C och 310°C för att kontrollera den överdrivna laterala smältningen. Eftersom täta delar endast kunde produceras över 400°C, fokuserar detta arbete på att utveckla 400°C bearbetningstemperatur med olika linjeförskjutning, fokusförskjutning, strålhastighet och strålström. Det observeras dock att bearbetningsfönstret för EBMprocessen är ganska smalt, för hög eller för låg energitillförsel kan båda resultera i en porösdel med allvarlig förvrängning. Efter många experimentella optimeringskörningar uppnås kombinationen av de optimala parametrarna som kan leverera delar med över 99% densitet och en god geometrisk stabilitet. Efter optimering designas och tillverkas benchmarkdelarna i enlighet med elektriska och termiska applikationer (med optimala parametrar). Därefter bedöms och diskuteras motsvarande geometriska frihet och noggrannhet hos kopparkomponenterna tillverkade av EBM.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-311022 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Chinnappan, Prithiv Kumar, Shanmugam, Vishal |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| 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 |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2022:49 |
Page generated in 0.0056 seconds