Decision support workflow for repair with additive manufacturing : a case study in DED process

datacite.contributor.RelatedPersonΜούρτζης, Δημήτριος
datacite.contributor.RelatedPersonΝικολακόπουλος, Παντελής
datacite.contributor.SupervisorΣταυρόπουλος, Παναγιώτης
dc.contributor.authorΠορευόπουλος, Νικόλαος
dc.contributor.otherPorevopoulos, Nikolaos
dc.description.abstractAdvanced manufacturing processes are transforming both the design and the production of parts. Metal Additive Manufacturing (AM) is one of the revolutionary processes, providing unprecedented design freedom coupled with the capability for reasonable priced low volume productions of metal components. AMs versatility has attracted various industrial sectors are, with one of them being the repair and manufacturing industry. AM when coupled with conventional subtractive manufacturing processes, can enable the repair of a damaged part by filling the damaged area using additive processes and then finishing it by subtractive methods. However, there are few guidelines and metrics that quantitatively dictate if the best approach is to repair or remanufacture a part. To address this, this thesis delves into a decision support workflow aiming to provide a systematic approach for the feasibility study of a repair operation on a damaged part using Additive Manufacturing with the help of conventional process, based on a detailed analysis of metrics like design constraints, sustainability considerations, and techno-economic metrics. The implementation is done through a software in order to assist with the calculation of the techno-economical model but mainly with gathering all of the required information in a single point. The decision support workflow is verified through a case study involving the repair of shafts used in marine vessels. These shafts are made from stainless steel AISI 316L, but additional analysis was done with titanium Ti-6Al-4V considered as an alternative material. The repair process is conducted using a wire laser-based DED system (DED-LB/M) on a Hybrid Manufacturing robotic cell. The study identifies process and machine-related limitations and demonstrates the impact of part size and material selection on key performance indicators (KPIs). This case study results is creating a robust decision support tool that enhances the efficiency and sustainability of repair processes in additive manufacturing, providing valuable insights for both industry practitioners and researchers.
dc.description.translatedabstractΟι προηγμένες διεργασίες κατασκευής μετασχηματίζουν τόσο τον σχεδιασμό όσο και την παραγωγή εξαρτημάτων. Η Προσθετική Κατασκευή μετάλλων είναι μία από τις επαναστατικές διεργασίες, παρέχοντας πρωτοφανή ελευθερία σχεδιασμού σε συνδυασμό με τη δυνατότητα παραγωγής χαμηλού όγκου μεταλλικών εξαρτημάτων με ελάχιστο αρχικό κόστος. Η ευελιξία της Προσθετικής Κατασκευής έχει προσελκύσει διάφορους βιομηχανικούς τομείς, όπου ένας από τους οποίους είναι ο τομέας επισκευής εξαρτημάτων. Όταν η Προσθετική Κατασκευή συνδυάζεται με συμβατικές αφαιρετικές διαδικασίες κατασκευής, μπορεί να επιτρέψει την επισκευή ενός εξαρτήματος που έχει υποστεί βλάβη γεμίζοντας την κατεστραμμένη περιοχή με προσθετικές διαδικασίες και στη συνέχεια τελειοποιώντας το με αφαιρετικές μεθόδους. Ωστόσο, υπάρχουν ελάχιστες κατευθυντήριες γραμμές και διαδικασίες που καθορίζουν αν η καλύτερη προσέγγιση είναι η επισκευή ενός εξαρτήματος ή η κατασκευή του από την αρχή. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, αυτή η διπλωματική εργασία εμβαθύνει σε μια μεθοδολογία υποστήριξης αποφάσεων με στόχο την παροχή μιας συστηματικής προσέγγισης για τη μελέτη σκοπιμότητας της διαδικασίας επισκευής σε ένα εξάρτημα που έχει υποστεί ζημιά, χρησιμοποιώντας Προσθετική Κατασκευή με τη βοήθεια συμβατικών διαδικασιών, η οποία βασίζεται σε λεπτομερή ανάλυση κριτηρίων όπως περιορισμοί σχεδιασμού, περιβαλλοντική βιωσιμότητα και τεχνοοικονομικές μελέτες. Η εφαρμογή της μεθοδολογίας αυτής υλοποιείται μέσω ενός εργαλείου για να βοηθήσει στον υπολογισμό του τεχνοοικονομικού μοντέλου αλλά κυρίως και στη συγκέντρωση όλων των απαραίτητων πληροφοριών σε ένα σημείο. Τέλος, η διαδικασία υποστήριξης αποφάσεων επαληθεύεται μέσω μιας πραγματικής μελέτης που αφορά την επισκευή αξόνων που προέρχονται από μηχανές καραβιών. Οι άξονες αυτοί είναι κατασκευασμένοι από ανοξείδωτο χάλυβα AISI 316L, αλλά πραγματοποιήθηκε επιπλέον ανάλυση με το τιτάνιο Ti-6Al-4V ως εναλλακτικό υλικό. Η διαδικασία επισκευής διεξάγεται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα DED με πηγή λέιζερ και τροφοδοτούμενο υλικό σύρματος, (DED-LB/M) σε ένα υβριδικό ρομποτικό κελί. Η μελέτη εντοπίζει περιορισμούς που σχετίζονται με τη διαδικασία και το μηχάνημα και καταδεικνύει τον αντίκτυπο του μεγέθους του εξαρτήματος και της επιλογής υλικού στην αξιολόγηση της επισκευής ή της κατασκευής του εξαρτήματος από την αρχή. Η μελέτη αυτή έχει ως αποτέλεσμα της δημιουργία ενός ισχυρού εργαλείο υποστήριξης αποφάσεων που βοηθάει στη βελτίωση της αποδοτικότητας και της βιωσιμότητας των διαδικασιών επισκευής στην προσθετική κατασκευή, παρέχοντας πολύτιμες πληροφορίες τόσο για τους επαγγελματίες της βιομηχανίας όσο και για τους ερευνητές.
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United Statesen
dc.subjectAdditive Manufacturing
dc.subjectHybrid manufacturing
dc.subjectDecision support
dc.subject.alternativeΠροσθετική κατασκευή
dc.subject.alternativeΥβριδική κατασκευή
dc.subject.alternativeΥποστήριξη λήψης αποφάσεων
dc.titleDecision support workflow for repair with additive manufacturing : a case study in DED process
dc.title.alternativeΔιαδικασία υποστήριξης αποφάσεων για επισκευές με προσθετική κατασκευή : μια εφαρμογή στη διεργασία DED


Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Thumbnail Image
2.83 MB
Adobe Portable Document Format
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
5.02 KB
Item-specific license agreed upon to submission