• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
2011 11-15 themadag am voor metaal en keramiek - slm - karolien kempen - ku leuven
 

2011 11-15 themadag am voor metaal en keramiek - slm - karolien kempen - ku leuven

on

  • 534 views

Additive manufacturing voor metaal en keramiek

Additive manufacturing voor metaal en keramiek

Statistics

Views

Total Views
534
Views on SlideShare
534
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
6
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    2011 11-15 themadag am voor metaal en keramiek - slm - karolien kempen - ku leuven 2011 11-15 themadag am voor metaal en keramiek - slm - karolien kempen - ku leuven Presentation Transcript

    • Leuven, 15.11.2011 Selective Laser Melting:Nieuwe materialen voor industriële toepassingen. Karolien Kempen
    • Selective Laser Melting (SLM) 2
    • Onderzoeks-Topics van de AM-groep (K.U.Leuven)• Selective Laser Melting (SLM) van metalen – 316L stainless steel – Maraging steel 300 – Ti6Al4V – AlSi10Mg – M2 High Speed Steel• Selective Laser Melting van keramieken – Direct smelten – Indirect smelten met bindermaterialen• Software en Hardware ontwikkelingen• Proces monitoring en controle• Selective Laser Erosion en Laser Re-melting 3
    • Onderzoeks-Topics van de AM-groep (K.U.Leuven)• Selective Laser Melting (SLM) van metalen – 316L stainless steel – Maraging steel 300 – Ti6Al4V – AlSi10Mg – M2 High Speed Steel• Selective Laser Melting van keramieken – Direct smelten – Indirect smelten met bindermaterialen• Software en Hardware ontwikkelingen• Proces monitoring en controle• Selective Laser Erosion en Laser Re-melting 4
    • Selective Laser Melting van AlSi10Mg Eigenschappen van AlSi10Mg • Samenstelling:Alloying element Al Si Mg Cu Mn Zn Fewt% rest 9 - 11 0,45 - 0,6 <0,1 0,05 0,05 <0,55 • Geschikt voor harding • Goede thermische geleidbaarheid: 140-170 W/mK • Lage dichtheid-sterkte ratio • Industriële (warmtewisselaar, etc.) en luchtvaarttoepassingen • Door hoge thermische geleidbaarheid en reflectiviteit is hoog laser vermogen vereist! 5
    • AlSi10Mg – Experimentele procedure– Concept Laser M1 machine– Twee poedersoorten– Argon atmosfeer Eigen gebouwde LM-Q machine Concept Laser M1-machine 6
    • AlSi10Mg – Doel van onderzoek• Vergelijking poedermaterialen• Enkelvoudige lijnscans• Definiëren van proces venster.  Welke proces parameters (laser vermogen, scan snelheid,...) resulteren in welke eigenschappen (dichtheid, kwaliteit, …) ?• Gevormde microstructuur [WIP]• Mechanische testen [WIP]• Nabehandelingen [WIP] 7
    • AlSi10Mg – Vergelijking poedermaterialenVergelijking tussen twee poeders S1, S21. Chemische samenstelling Element ISO 3522 S1 [wt%] S2 [wt%] Si 9-11 9,02 8,05 Fe <0.55 0,123 0,455 Cu <0.1 0,006 0,096 Mg 0.45-0,6 0,471 0,542 S2 - poeder: Silicium buiten grenzen van ISO-standaard - minder absorptie van laser energie - groter verschil tussen solidus en liquidus temperatuur 8
    • AlSi10Mg – Vergelijking poedermaterialenVergelijking tussen twee poeders S1, S22. Deeltjesgrootte S1 poeder S2 poeder - d(v, 0,5) = 16,3 µm - d(v, 0,5) = 48,4 µm - breed bereik van deeltjesgrootte - smal bereik van deeltjesgrootte - eerder sferische morfologie - willekeurige morfologieS1 poeder heeft een betere vloeibaarheid en zal resulteren in een meer homogene laagdepositie 9
    • AlSi10Mg – Vergelijking poedermaterialenVergelijking tussen twee poeders S1, S23. Relatieve dichtheid 97,0% S1 powder 96,5% S2 powder Relatieve Dichtheid [%] 96,0% 95,5% 95,0% 94,5% 94,0% 93,5% 93,0% 92,5% 600 800 1000 1200 1400 1600 Scan snelheid [mm/s] S1 poeder bereikt een hogere dichtheid door de betere poederlaag depositie 10 en de hogere laser absorptie.
    • AlSi10Mg – Enkelvoudige lijnscansDoel: Een proces venster afbakenen, gebaseerd op 4 vereisten voor de lijnscan: 1. Continue lijnscan 2. Verbinding met onderliggende laag 3. Voldoende hoogte op stuk op te bouwen 4. Verbindingshoek van ongeveer 90° 11
    • AlSi10Mg – Enkelvoudige lijnscans 12
    • AlSi10Mg – Definiëren van Proces VensterVerscheidene parameter-sets:- Optimale dichtheid (tot 99,4%)- Optimale oppervlaktekwaliteit (Ra tot 14µm)- Optimale productiviteit 13
    • AlSi10Mg – Gevormde microstructuurResterende porositeit? Sferische poriën Onregelmatige poriën Oorzaak is tweërlei: - oxidevorming, verdamping - onvoldoende overlapping, ongesmolten poeder 14
    • AlSi10Mg – Gevormde microstructuurGevormde microstructuur, specifieke korrelgroeiWarmtebeïnvloede zone 15
    • AlSi10Mg – Work In Progress• Mechanische testen - Invloed van proces parameters? - Vergelijking met gietproces?• Nabehandelingen - Invloed van conventionele T6 warmtebehandeling? - Aangepaste Post-SLM warmtebehandeling definiëren 16
    • Onderzoeks-Topics van de AM-groep (K.U.Leuven)• Selective Laser Melting (SLM) van metalen – 316L stainless steel – Maraging steel 300 – Ti6Al4V – AlSi10Mg – M2 High Speed Steel• Selective Laser Melting van keramieken – Direct smelten – Indirect smelten met bindermaterialen• Software en Hardware ontwikkelingen• Proces monitoring en controle• Selective Laser Erosion en Laser Re-melting 17
    • Selective Laser Melting van M2 HSSEigenschappen van M2 Snelstaal Samenstelling: C Mn Si Cr Mo W V M2 HSS [wt%] 0,9 0,38 0,35 3,97 4,89 6,15 1,82Mits specifieke warmtebehandeling kunnen M2 gereedschapsstalensuperieure mechanische eigenschappen bieden zoals taaiheid (tot 40J) enhardheid (tot 65HRC)Industriële toepassingen:Snijgereedschappen en verspaningsgereedschappen zoals boren, tappen,frezen, zagen, messen, enz… 18
    • M2 HSS – Experimentele procedure– Concept Laser M3 machine– Stikstof atmosfeer– Verwarmingsmodule tot 180°C Concept Laser M3-machine 19
    • M2 HSS – Doel van onderzoek• Enkelvoudige lijnscans• Definiëren van proces venster. [WIP]  Welke proces parameters (laser vermogen, scan snelheid,...) resulteren in welke eigenschappen (dichtheid, kwaliteit, …) ?• Gevormde microstructuur [WIP]• Mechanische testen Toekomstplanning• Nabehandelingen Toekomstplanning 20
    • M2 HSS – Enkelvoudige lijnscansDoel: Een proces venster afbakenen, gebaseerd op 4 vereisten voor de lijnscan: 1. Continue lijnscan 2. Verbinding met onderliggende laag 3. Voldoende hoogte op stuk op te bouwen 4. Verbindingshoek van ongeveer 90° 21
    • M2 HSS – Enkelvoudige lijnscans Stijgende scan snelheid: - toenemende hoogte van de lijnscan - Afnemende breedte en diepte van de lijnscan -afnemende continuïteit van het smeltbad 22
    • M2 HSS – Definiëren van Proces VensterVerscheidene parameter-sets:Scheurvorming en loskomen van basisplaat:meer uitgesproken voor hoog vermogen/ lage scansnelheidOorzaak: - Residuele spanningen? - Verschillende fasen in het stuk? 23
    • M2 HSS - Definiëren van Proces VensterOplossing: gebruiken van voorverwarming! - verkleint de thermische gradiënt, dus verlaagt thermische spanningen en scheurvorming.Resultaat: Stukken geproduceerd met een voorverwarming van 180 C (maximum temperatuur): - Scheuren sterk verminderd - Vervorming enkel voor lage scan snelheden. ! Ontwikkeling van nieuw verwarmingselement (hogere temperaturen) 24
    • M2 HSS – Gevormde microstructuur Opmerkelijk verschillende microstructuur Lage scan snelheid Middelhoge scan snelheid- Vorm van smeltbaden- onregelmatige poriën- Donkere en lichte zones (verschillende fasen) Hoge scan snelheid 25
    • M2 HSS – Gevormde microstructuur Lage scan snelheden Geleidelijke fase- overgang Duidelijke fase-overgang & Naaldachtige martensitische structuur Grens van smeltbad - Duidelijke fase-overgang door verschil in stollingsgraad - Geleidelijke fase-overgang is de 26 warmtebeïnvloede zone (HAZ)
    • M2 HSS – Work in Progress1. Definiëren van proces venster, scheurvorming vermijden. - Parameterset vinden met hoogste dichtheid. - Laser Hersmelten toepassen om dichtheid te verhogen - Productiviteit en oppervlaktekwaliteit bestuderen - Ontwikkeling van nieuw verwarmingselement2. Materiaalkarakterisatie: aanwezige fasen identificeren, Gevormde carbiden identificeren, XRD en EBSD. 27
    • M2 HSS – Toekomstplanning1. Mechanische eigenschappen  invloed van proces parameters?  vergelijking met conventioneel geproduceerde stukken2. Nabehandeling  conventionele warmtebehandeling toepassen op SLM-geproduceerde stukken en mechanische eigenschappen/microstructuur bekijken.  Optimale warmtebehandeling definiëren voor SLM-geproduceerde stukken. 28
    • Dank voor uw aandacht! Vragen? 29