Studies van de restspanningen die worden gevormd tijdens een additief fabricageproces (AM) hebben aangetoond dat de bouworiëntatie van het te produceren onderdeel een invloed heeft op de vorming van ongunstige spanningen.

De ontwikkeling van een nauwkeurig en nuttig hulpmiddel om te beoordelen hoe complexe onderdeelgeometrie de ontwikkeling van spanningen beïnvloedt met behulp van de poederbedfusiemethode die is gepubliceerd in een onderzoek in Additive Manufacturing, zal bijdragen aan het gebruik van additieve fabricage voor de productie van metalen onderdelen op een nauwkeurige en voorspelbare manier.

Als onderdeel van een internationale samenwerking onder leiding van de Universiteit van Linköping in Zweden, de rechercheurs, waaronder Dr. Vladimir Luzin van ANSTO, concludeerde dat een zorgvuldige selectie van de afdrukoriëntatie belangrijk is en een significante invloed had op de omvang van de restspanningen en, daarom, de mogelijke vervorming van het AM-gedeelte.

In het algemeen, een hoge trekspanning kan leiden tot scheurvorming tijdens het printen, terwijl tegelijkertijd spanningen kunnen leiden tot vervorming in het onderdeel.

Beide hebben tot gevolg dat het materiaal wordt afgedankt als de maattolerantie/vervorming in het gedrang komt of als er barsten optreden. Echter, uitgaande van een aantal optimale omstandigheden voor een bepaalde vorm, alle effecten op ongewenste vervormingen kunnen worden geëlimineerd.

Omdat de verscheidenheid aan vormen enorm is, een bepaalde vorm, L-vorm, werd gekozen om de effecten van een opgebouwde oriëntatie te bestuderen.

Er werden drie experimentele benaderingen gebruikt om de restspanningen in L-vormige onderdelen van Inconel 781 te karakteriseren, een materiaal dat belangrijk is in de energie- en ruimtevaartindustrie omdat het goede mechanische eigenschappen heeft bij hoge temperaturen.

Röntgendiffractiemetingen werden gebruikt om oppervlaktespanningen te karakteriseren en laserscantechnieken maten de algehele vervormingen die samenhangen met het scheiden van de monsters van de basisplaat.

Echter, neutronendiffractie was nodig om de restspanning in het inwendige van de monsters te meten vanwege de hoge penetratie van neutronen. Het Linkoping Unverisity-team gebruikte niet-destructieve neutronendiffractie op de Kowari-rekscanner om restspanningen in het grootste deel van op nikkel gebaseerde superlegeringsmonsters te meten en te karakteriseren om de effecten van de AM-opbouworiëntatie van het monster te bestuderen.

Het onderdeel dat in horizontale richting is afgedrukt, vertoonde de minste spanning in alle drie de richtingen, de weg wijzen voor de optimalisatie van de opbouw van generieke L-vormen.

Echter, in alle richtingen, er was een algemene neiging tot drukspanning in het midden van het onderdeel. In alle monsters werd een resterende trekspanning waargenomen nabij het oppervlak, die potentieel problematisch lijkt te zijn en moet worden aangepakt.

"Er is een bepaald effect van de opbouworiëntatie bij de vorming van de restspanningen en, daarom, over de uitvoering van de AM-parts, " zei Prabhat Pant, een doctoraat student van Linkoping University die werd ondersteund door de Zweedse Stichting voor Strategisch Onderzoek (SSF).

Zijn trainingsmissie, ondersteund door het agentschap, onderzoek zou gaan doen in het buitenland ter voorbereiding op de verwachte opstart van de European Spallation Source, de krachtigste neutronenbron ter wereld. Het lokale toezicht bij ANSTO werd verzorgd door Luzin van ACNS.

"In staat zijn om kritieke gebieden te voorspellen waar ze zullen optreden om ze te verminderen, is een aanzienlijk productievoordeel, ' zei Pant.

"Hoewel deze restspanningen kunnen worden aangepast met nabewerkingstechnieken, de rol van restspanning tijdens de opbouw is essentieel om vervorming of barsten op elk moment tijdens het productieproces te voorkomen."

Het onderzoek omvatte de ontwikkeling van een vereenvoudigde simulatietechniek met behulp van eindige elementenanalyse voor het voorspellen van restspanningen op basis van onderdeelgeometrie, die, wanneer geverifieerd met neutronen experimentele resultaten, was in een goede praktische overeenkomst.

Echter, de onderzoekers merkten op dat er een complexe onderlinge verbinding was van de restspanningen in de as-built toestand voor de onderdelen met de oriëntatie van het onderdeel, en de geometrie van het opgebouwde deel.

"We hebben beter inzicht gekregen in hoe bouworiëntatie, de draagstructuur en spanningsconcentratie dragen bij aan de ontwikkeling van restspanningen tijdens het laserbedfusieproces, ' zei Pant.