Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Badrosamay,Ehsan Foroozmehr
محسن بدرسمای (استاد راهنما) احسان فروزمهر (استاد مشاور)
 
STUDENT
Parasto Shams morkani
پرستو شمس مورکانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
In the last decade, the use of additive manufacturing processes to produce a variety of metal parts in various fields such as energy production, automobile, and medical sectors has become very widespread. Shortening the lead time, the ability to integrate parts (part consolidation), the production of parts with complex geometry, the production of custom parts, and the excellent metallurgical and mechanical properties of printed parts are among the capabilities of these technologies. Selective laser melting process (SLM) is one of the most popular methods among these technologies, which is based on the melting of the powder bed surface using a scanning laser beam. The rapid movement of the laser beam on the powder bed surface causes the laser energy to be absorbed, melting the powder particles and formation of the melt pool, and ending with rapid solidification of scanned area. Extremely high temperature gradients and large thermal strains created during the process may cause defects such as residual stresses and possible distortion in the manufactured parts. Therefore, a full understanding of these stresses and the affecting factors is critical for fabricating sound parts with desired geometry. In the present study, the prediction of residual stresses and their resulting deformations in SLM manufactured parts has been studied using the intrinsic strain method. Simufact additive commercial software has been used for the simulation. Production of a number of benchmark parts from AISI 316L stainless steel material has been simulated. The effects of geometric dimensions, fabrication orientation, process parameters (i.e. laser scanning speed and laser power), and heat tratment on residual stresses have been studied. In order to apply the calibration coefficients in the stress estimation by the software, the suggested standard components were designed and fabricated using the optimal process parameters and the island scanning pattern. The benchmark parts were produced in the form of thin rectangular plates in horizontal and vertical fabrication directions with the same process parameters applied for the calibration parts. X-ray diffraction method was used to estimate the stress in the produced parts. The results of numerical simulation of residual stress and distortion were consistent with experimental results. According to the results, the part made vertically has a residual stress and less distortion than the horizontal position due to its shorter scan length. In addition, stress relief heat treatment reduces the residual stress in the horizontal section by 72%. It is found that reducing the thickness of the part reduces the stress, higher power and speed lower than the defined value increases the residual stress and consequently increases the distortion in the part. In addition, it was observed that changing the thickness of the fabrication base-plate has no effect on the results. This study is an introduction to predicting residual stresses generated at the macro scale for functional components. The results of this study help in selecting the building direction and processing parameters to control unwanted stresses during metal 3D printing. Keywords: Additive manufacturing, Selective laser melting process, Residual stress and distortion, Simufact additive software
در یک دهه اخیر استفاده از فرآیندهای ساخت افزودنی جهت تولید انواع قطعات فلزی در حوزه های متنوعی چون صنایع تولید انرژی، اتومبیل سازی و پزشکی بسیارگسترش یافته است. کوتاه کردن زمان طراحی تا تولید، قابلیت یکپارچه سازی قطعات، تولید قطعات با هندسه پیچیده، تولید قطعات اختصاصی، و خواص متالورژیکی و مکانیکی عالی قطعات پرینت شده از جمله قابلیت های این فناوری ها می باشد. فرآیند ذوب انتخابی به وسیله لیزر (selective laser melting_ SLM) از روشهای بسیار موردتوجه در بین این فناوری ها بوده که برمبنای ذوب بستر پودر با استفاده از یک پرتولیزرعمل می کند. حرکت سریع پرتو پرتوان لیزر برروی سطح موجب جذب انرژی لیزر، ذوب ذرات پودر، ایجاد حوضچه مذاب و سپس انجماد سریع لایه می شود. گرادیان دمایی بسیار بالا و کرنش های حرارتی بزرگ ایجادشده درحین فرآیند، ممکن است باعث ایجاد عیوبی نظیر تنش های پسماند و اعوجاج احتمالی در قطعات تولیدی بشود. از این رو درک کامل این تنش های ایجاد شده و عوامل موثر برآن جهت تولید قطعات سالم با هندسه مدنظرحیاتی می باشد. درپژوهش حاضر پیش بینی تنش های پسماند ایجادشده و تغییرشکل های ناشی از آن در قطعات تولیدی با استفاده از روش کرنش ذاتی مورد مطالعه قرارگرفته است. جهت شبیه سازی از نرم افزار تجاری Simufact additive استفاده شده است. تولید قطعات محک سنجی از جنس فولاد ضدزنگ AISI 316L شبیه سازی شده و اثرات ابعاد هندسی، جهت ساخت، پارامترهای فرآیند (سرعت و توان لیزر)، وعملیات حرارت بر تنش های پسماند مطالعه شده است. جهت اعمال ضرایب کالیبراسیون در برآورد تنش به وسیله نرم افزار، قطعات پیشنهادی استاندارد طراحی، و با استفاده از پارامترهای بهینه ساخت و الگوی اسکن جزیره ای تولید شدند. قطعات محک به شکل صفحات نازک مستطیلی در جهت های ساخت افقی و قائم و با پارامترهای ساخت مشابه قطعات کالیبراسیون تولید شدند.جهت برآورد تنش درقطعات محک از روش پراش پرتو ایکس استفاده شد. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی تنش پسماند و اعوجاج با نتایج آزمایشگاهی همخوانی داشت. بر اساس نتایج به دست آمده قطعه ساخته شده به صورت قائم به دلیل طول اسکن کوتاه تر دارای تنش پسماند و اعوجاج کمتر نسبت به حالت افقی است. همچنین انجام عملیات حرارتی جهت تنش زدایی باعث کاهش 72 درصد از تنش پسماند در قطعه افقی می‌شود کاهش ضخامت قطعه باعث کاهش تنش، توان بالاتر و سرعت پایین تر از مقدار تعریف شده باعث افزایش تنش پسماند و به تبع افزایش اعوجاج در قطعه می‌شود. علاوه بر این مشاهده گردید که تغییرضخامت صفحه ساخت تاثیری بر نتایج ندارد. این مطالعه مقدمه ای بر پیش بینی تنش پسماند ایجاد شده در مقیاس ماکرو و قطعات کاربردی می باشد. نتایج این مطالعه در انتخاب جهت ساخت و پارامترهای فرآوری جهت کنترل تنش های ناخواسته در حین ساخت کمک می کند. واژه‌های کلیدی : ساخت افزودنی، فرآیند ذوب انتخابی به کمک لیزر، تنش پسماند و اعوجاج، نرم افزار Simufact

ارتقاء امنیت وب با وف بومی