Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Badrosamay,Ehsan Foroozmehr,Seyed Mohsen Safavi
محسن بدرسمای (استاد مشاور) احسان فروزمهر (استاد مشاور) سید محسن صفوی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Purya Vadaee
پوریا ودائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Design, Fabrication and Characterization of Direct Metal Deposition Additive Manufacturing Lab System Based on Powder Spraying with Using Laser to Produce 3D Metal Parts
Direct Metal Deposition process (DMD) is one of the most advanced methods of additive manufacturing of three-dimensional metal components. Major industries such as aircraft, automotive, shipbuilding and military industries are among the leading users of this technology. This process, by laser irradiation to the surface and simultaneous spraying of the powder, melt the substrate and, by feeding of the powder into the molten pool and its rapid cooling rate, creates a frozen metal pathway. The applications of this method include the building of three-dimensional parts, repair, rebuilding, and cladding the surfaces. Due to the need for this technology in the country and its applications, the design and fabrication of this technology were considered in this experimental study. In the first step, the design and fabrication of the DMD system was carried out by Nd: YAG pulsed laser system with a maximum power of 300 watts. After initial adjustments and starting up the device, 316L stainless steel alloy powder was used for production of three-dimensional samples. In order to construct optimal three-dimensional components, the full factorial approach in design of experiment method was used and the effective process parameters, such as powder flow rate and laser speed, were identified and then optimized. After optimization of the parameters, manufacturing of the three-dimensional components was performed by adjusting the appropriate layer thickness, adjusting the laser path compensation and measuring the dimensional accuracy. Then the effect of the scanning pattern of the laser was examined and the density of each pattern was measured. The results showed that the powder flow rate as the input parameter in the process had more effect than the laser speed. Also, the three-dimensional components made by this method had a density of nearly 98% and good strength, which is an indication of the optimality of the parameters. The samples had a columnar microstructure with directional dendritic cells. Hot tearing cracks were indicative of high input energy in the upper layers. The dimensional accuracy of the samples made, along the axis X and Y for external dimensions was less than 0.4 millimeters. Also, the surface roughness of the samples was below 70 ?m. Keywords: Nd: YAG pulsed laser system, design fabricating direct metal deposition system, process parameters optimization, stainless steel 316L, mechanical properties microstructure
فرآیند رسوب مستقیم فلز به کمک لیزر (DMD)، یکی از جدبدترین روش های ساخت افزودنی در ساخت قطعات سه بعدی فلزی می باشد. صنایع بزرگی چون صنایع هواپیماسازی، خودروسازی، کشتی سازی و نظامی از استفاده کنندگان پیشرو این تکنولوژی هستند. این فرآیند به وسیله ی تابش اشعه ی لیزر به سطح و پاشش همزمان پودر، موجب ذوب زیرلایه شده و با ورود پودر به حوضچه ی مذاب و سرعت سریع خنک شدن آن، مسیری منجمد شده از فلز را ایجاد می کند. ساخت قطعات سه بعدی، تعمیر، بازسازی و پوشش دهی سطوح از کاربردهای این روش می باشد. باتوجه به نیاز این تکنولوژی در کشور و کاربردهای آن، طراحی و ساخت این فناوری در این پژوهش تجربی مورد توجه قرارگرفت. در مرحله ی اول به وسیله ی سیستم لیزر پالسی Nd:YAG با حداکثر توان 300 وات، طراحی و ساخت سیستم DMD در دستور کار قرار گرفت. پس از تنظیمات اولیه و راه اندازی دستگاه، از پودر آلیاژی فولاد ضدزنگ 316L برای ساخت نمونه های سه بعدی استفاده شد. برای ساخت قطعات سه بعدی مطلوب، روش طراحی آزمایش کامل به کار گرفته شد و پارامترهای اثرگذار در فرآیند از جمله مقدار دبی پاشش پودر و سرعت حرکتی لیزر شناسایی و سپس بهینه سازی شد. پس از بهینه سازی پارامترها، ساخت قطعات سه بعدی با تنظیم ضخامت لایه ی مناسب، تنظیم جبران مسیر لیزر و بررسی دقت ابعادی انجام گرفت. سپس اثر الگوی اسکن بررسی شد و چگالی حجمی هر یک از الگوها مورد سنجش قرار گرفت. نتایج نشان داد که دبی پاشش پودر به عنوان پارامتر ورودی در فرآیند اثر بیشتری به نسبت سرعت حرکتی لیزر دارا بود. همچنین قطعات سه بعدی ساخته شده دارای چگالی نزدیک به 98 % و استحکام خوبی بودند که دلیلی بر بهینه بودن پارامترهاست. نمونه ها دارای ریزساختار ستونی با دندریت های سلولی جهت دار بودند. ترک های داخل ریز ساختار نشانه ی بالا بودن انرژی ورودی در لایه های بالایی بود. دقت ابعادی نمونه های ساخته شده در راستای محور X و Y برای اندازه های خارجی زیر 4/0 میلی متر بود. هم چنین زبری سطح نمونه های ساخته شده زیر µm 70 بود. کلمات کلیدی : لیزر پالسی Nd:YAG، طراحی و ساخت سیستم DMD، بهینه سازی پارامترهای فرآیند، فولاد ضدزنگ 316 L، خواص مکانیکی و ریزساختار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی