Processkartläggning för lasermetalldeponering av tråd baserat på termiska simuleringar : En prediktering av materialöverföringsstabilitet

Additive manufacturing (AM) is a quickly rising method of manufacturing due to its ability to increase design freedom. This allows the manufacturing of components not possible by traditional subtractive manufacturing. AM can greatly reduce lead time and material waste, therefore decreasing the cost and environmental impact. The adoption of AM in the aerospace industry requires strict control and predictability of the material deposition to ensure safe flights. The method of AM for this thesis is Laser Metal Deposition with wire (LMD-w). Using wire as a feedstock introduces a potential problem, the material transfer from the wire to the substrate. This requires all process parameters to be in balance to produce a stable deposition. The first sign of unbalanced process parameters are the material transfer stabilities; stubbing and dripping. Stubbing occurs when the energy to melt the wire is too low and the wire melts slower than required. Dripping occurs when too much energy is applied and the wire melts earlier than required. These two reduce the predictability and stability that is required for robust manufacturing. Therefore, the use of thermal simulations to predict the material transfer stability for LMD-w using Waspaloy as the deposition material has been studied. It has been shown that it is possible to predict the material transfer stability using thermal simulations and criterions based on preexisting experimental data. The criterion for stubbing checks if the completed simulation result produces a wire that ends below the melt pool. For dripping two criterions shows good results, the dilution ratio is a good predictor if the tool elevation remains constant. If there is a change in tool elevation the dimensionless slenderness number is a better predictor. Using these predictive criterions it is possible to qualitatively map the process window and better understand the influence of tool elevation and the cross-section of the deposited material.Additiv tillverkning (AT) är en kraftigt växande tillverkningsmetod på grund av sin flexibilitet kring design och möjligheten att skapa komponenter som inte är tillverkningsbara med traditionell avverkande bearbetning. AT kan kraftigt minska tid- och materialåtgång och på så sett minskas kostnader och miljöpåverkan. Införandet av AT i flyg- och rymdindustrin kräver strikt kontroll och förutsägbarhet av processen för att försäkra sig om säkra flygningar. Lasermetalldeponering av tråd är den AT metod som hanteras i denna uppsats. Användandet av tråd som tillsatsmaterial skapar ett potentiellt problem, materialöverföringen från tråden till substratet. Detta kräver att alla processparametrar är i balans för att få en jämn materialöverföring. Är processen inte balanserad syns detta genom materialöverföringsstabiliteterna stubbning och droppning. Stubbning uppkommer då energin som tillförs på tråden är för låg och droppning uppkommer då energin som tillförs är för hög jämfört med vad som krävs för en stabil process. Dessa två fenomen minskar möjligheterna för en kontrollerbar och stabil tillverkning. På grund av detta har användandet utav termiska simuleringar för att prediktera materialöverföringsstabiliteten för lasermetalldeponering av tråd med Waspaloy som deponeringsmaterial undersökts. Det har visat sig vara möjligt att prediktera materialöverföringsstabiliteten med användning av termiska simuleringar och kriterier baserat på tidigare experimentell data. Kriteriet för stubbning kontrolleras om en slutförd simulering resulterar i en tråd som når under smältan. För droppning finns två fungerande kriterier, förhållandet mellan svetshöjd och penetrationsdjup om verktygshöjden är konstant, sker förändringar i verktygshöjden är det dimensionslös ”slenderness” talet ett bättre kriterium. Genom att använda dessa kriterier är det möjligt att kvalitativt kartlägga processfönstret och skapa en bättre förståelse för förhållandet mellan verktygshöjden och den deponerade tvärsnittsarean.