Επίδραση της πορώδους δομής στη μηχανική συμπεριφορά του υλικού 17.4 PH που παράγεται με τη μέθοδο πυροσυσσωμάτωσης κόνεων μετάλλου
Loading...
Date
2023-10-31
Authors
Νικολόπουλος, Δημήτριος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Additive Manufacturing, όπως είναι η επιστημονική ονομασία της τρισδιάστατης εκτύπωσης, είναι μια διαδικασία παραγωγής η οποία λειτουργεί προσθετικά. Αντί, δηλαδή, να αφαιρεί το πλεονάζον υλικό από ένα μεγάλο κομμάτι πρώτης ύλης όπως γίνεται στις συμβατικές μεθόδους παραγωγής, προσθέτει στρώσεις υλικού μέχρι να δημιουργηθεί το τελικό προϊόν. Πρακτικά κατασκευάζει το προϊόν από το μηδέν έως την πλήρη κατασκευή. Είναι σημαντικό ,ότι στο Additive Manufacturing η γεωμετρία του εξαρτήματος ορίζεται πάντα ψηφιακά και βασίζεται σε δεδομένα ψηφιακών τρισδιάστατων μοντέλων από ένα πρόγραμμα σχεδίασης με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD). Η δυνατότητα επιλεκτικής εναπόθεσης υλικών μόνο όπου χρειάζονται ,σημαίνει ότι τα εξαρτήματα μπορεί να είναι πολύ πιο περίπλοκα σε σχεδιασμό και μικρότερα σε βάρος, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση. Η διαδικασία γίνεται χωρίς εργαλεία και επομένως είναι ιδανική για μεμονωμένα ή εξατομικευμένα προϊόντα, σε αντίθεση με διαδικασίες χύτευσης που απαιτούν σημαντική αρχική επένδυση στα εργαλεία και έχουν μικρή ικανότητα επανάληψης σχεδίων προϊόντων .(Dirk HerzogHerzog, 2016; Shuo YinYin, 2024) Υπάρχουν διάφοροι τύποι διαδικασιών additive manufacturingmanufacturing,όπως: εξώθηση υλικού (material extrusionextrusion), πλαστικοποίηση φύλλων (sheet laminationlamination), εκτόξευση μέσω συνδετικού υλικού (binder jettingjetting), εκτόξευση υλικού (material jettingjetting), άμεση εναπόθεση ενέργειας (direct energy depositiondeposition), σύντηξη σκόνης (powder bed fusionfusion),φωτοπολυμερισμός μέσω δεξαμενής (vat
photopolymerizationphotopolymerization) και πυροσυσσωμάτωση κόνεων μετάλλων (powder sinteringsintering). Στην παρούσα εργασία το υλικό που μελετάται έχει παραχθεί με τη μέθοδο πυροσυσσωμάτωσης κόνεων μετάλλων (powder sinteringsintering). Κατά την πυροσυσσωμάτωση κόνεων μετάλλου η μεταλλική σκόνη συμπιέζεται σε κατάλληλες μήτρες και στη συνέχεια θερμαίνεται χωρίς να λιώσει. Με την πυροσυσσωμάτωση αναπτύσσονται ισχυρές συνδέσεις ανάμεσα στους κόκκους της κόνης, ώστε να προκύψουν οι επιθυμητές φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του συμπιέσματος. Τυπικά , οι φάσεις για τη μορφοποίηση με κονιομεταλλουργία είναι : η παραγωγή της σκόνης (powder
productionproduction), η ανάμιξη των κόνεων, δηλαδή η παραγωγή του προδιαγεγραμμένου μείγματος μεταλλικής σκόνης (blendingblending), η συμπίεση της σκόνης, συνήθως σε μήτρα (compactioncompaction), η θερμική κατεργασία ( πυροσυσσωμάτωση) του συμπιέσματος σε ελεγχόμενη ατμόσφαιρα και θερμοκρασία (sinteringsintering) και οι κατεργασίες αποπεράτωσης (finishingfinishing), όταν αυτές απαιτούνται .Σημειώνεται ότι σε πολλές από τις νεότερες τεχνικές η συμπίεση και η πυροσυσσωμάτωση πραγματοποιούνται σε μία φάση. .(A. Simchi, 2006 ; Jouni Hänninen, 2001)
Σκοπός της διπλωματικής είναι η μελέτη της επίδρασης της πορώδους δομής στη μηχανική συμπεριφορά του υλικού 17.4 PH που παράγεται με τη μέθοδο πυροσυσσωμάτωσης κόνεων μετάλλων. Κατά την διαδικασία παραγωγής του υλικού, αναπτύσσεται στο υλικό ένας μεγαλός αριθμός ατελειών . Το μέγεθος των ατελειών μπορεί να φτάσει ακόμα και σε μικρόμετρα. Μέσω της χρήσης αντιπροσωπευτικών τομών από την μικροδομή του υλικού έγινε προσέγγιση της συγκέντρωσης και των τύπων των ατελειών προκειμένου να αναπτυχθεί μοντέλο με αντιπροσωπευτικούς όγκους προσομοίωσης του υλικού. Για την μέτρηση των ατελειών χρησιμοποιήθηκε το σχεδιαστικό πρόγραμμα AutoCADAutoCAD. Για την ανάπτυξη του μοντέλου χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα DIGIMAT FEFE.
Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μηχανικές και φυσικές ιδιότητες του υλικού 17.4 PHPH, καθώς και πληροφορίες για τις μεθόδους κατεργασίας του. Στο δεύτερο κεφαλαίο γίνεται περιγραφή του προβλήματος και η ανάλυση της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε για τον τελικό σχεδιασμό του μοντέλου υπολογιστικά. Αρχικά έγινε ανάλυση της μικροδομής μέσω ηλεκτρονικής μικροσκοπίας SEMSEM. Η μικροδομή αποτελείται από τη μήτρα καθώς και τις ατέλειες. Οι ατέλειες διακρίνονται σε διαφορετικές γεωμετρίες. Μέσω αυτής της διαδικασίας προέκυψαν η συγκέντρωση και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της κάθε γεωμετρίας . Στη συνέχεια αναπτύχθηκε μοντέλο στο υπολογιστικό πρόγραμμα DIGIMAT FEFE. Στο τρίτο κεφάλαιο ακολουθούν τα αποτελέσματα της υπολογιστικής ανάλυσης και σύγκριση αυτών με τα αντίστοιχα της πειραματικής και τέλος έπονται τα συμπεράσματα.
Description
Keywords
Πυροσυσσωμάτωση κόνεων μετάλλου, Ατέλειες, Εφελκυσμός, Μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων