JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Tavoitteena oli tutkia kerrospaksuuden ja tulostuspaikan vaikutusta huokoisuuteen jauhepetitulostetulla AlSi10Mg:llä. Suuren huokoisuuden omaavat tulostetut kappaleet ovat mekaanisilta ominaisuuksiltaan heikompia kuin tiiviit kappaleet. Tulostetuissa kappaleissa jo pienikin määrä huokosia on ongelma. Tämän vuoksi huokosten määrää pyritään minimoimaan, jotta kappaleiden kestoikää ja kuormankantokykyä saataisiin parannettua. Näytteet olivat jauhepetimenetelmällä tulostettuja AlSi10Mg väsytyssauvoja. Näytteet napitettiin Oulun yliopiston materiaali- ja konetekniikan laboratoriossa. Tutkimusmenetelmänä oli empiirinen tutkimus ja käytössä oli lasermikroskooppi, FESEM laitteisto, MATLAB ja ImageJ ohjelmistot. 30 µm kerrospaksuudella saatiin näyte, jossa huokoisia oli 0,078%. Kappaleen tiiveys oli 99,922%. Suurin huokoisuus oli 90 µm kerrospaksuudella arvolla 3,113% ja tiiveys 96,887%. Keskiarvoistetussa datassa paras tulos saatiin 60 µm kerrospaksuudella arvolla 0,312%. 30 µm kerrospaksuudella huokoisuudeksi saatiin 0,891% ja 90 µm kerrospaksuudella 1,30 %. Keskiarvoistettuna huokosten koko oli 30µm 13,33um, 60µm 21,14 µm ja 90µm näytteillä 27,50µm. Keskiarvoistetulla datalla 30 ja 60 µm kerrospaksuudella P4 tulostuspaikka sai aikaan pienimmän huokoisuuden. 90 µm kerrospaksuudella pienin tulos saatiin aikaan paikalla P2. Tuloksia pystytään hyödyntämään teollisuudessa, jossa tavoitteena on saada aikaan mahdollisimman tiivis yksittäinen tulostusosa tai tuotannossa, jossa tarvitaan kompromissia laadun ja huokoisuuden välillä. Jatkotutkimusehdotuksena ovat tämän tutkimuksen jatkaminen vertailemalla kerrospaksuuden, huokoisuuden sekä mikrorakenteen vaikutusta kappaleiden veto- ja väsymislujuuteen. Suuremman määrällisen vertailun tekeminen saatujen tulosten todentamiseen, huokoisten muodon määrittäminen eri kerrospaksuuksilla kaavan tai koodin avulla sekä todentamalla tulokset tulostuspaikan vaikutuksesta huokoisuuteen.

Layer thickness and printing locations affection for laser powder bed fusion printed AlSi10Mg porosity

Abstract

Object was to study layer thickness and printing locations affection for porosity in LPBF printed AlSi10Mg. Parts with higher porosity have weaker mechanical properties than dense parts. For this reason, a small fraction of porosity is a problem for printed parts. Elimination of pores is necessary for parts, that have better lifecycle and ability to withstand higher forces. Samples were LPBF printed AlSi10Mg fatigue rods. Samples were buttoned in Oulu universities material- and mechanical engineering laboratory. Research method was empirical and in use were laser microscope, FESEM equipment, MATLAB and ImageJ programs. 30µm layer thickenss had most dense part with 0,078% porosity. Rod was 99,922% dense. Highest porosity was in 90µm layer thickenss with 3,113% and its density was 96,887%. In average data best result was in 60µm layer thickenss with 0,312% porosity, for 30µm porosity were 0,891% and 90µm 1,30%. Average pore size for 30um was 13,33um for 60µm 21,14 µm and 27,50µm for 90µm samples. With average data printing location for 30µm and 60µm P4 location produced lowest porosity. In 90µm lowest porosity was produced in P2. These results can be used in industry were objective is to get most dense single part or in manufacturing were compromise between porosity and quality in mass produce is needed. For future research continuity of this study is recommended for comparing layer thickness, porosities and microstructures affection in tensile- and fatigue strength. Bigger numerical analysis for verifying this studies results, pore shapes for different layer thicknesses with formula or code and verifying results for printing location effects in porosity.