Využití technologie DMLS při výrobě forem a nástrojů

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá problematikou kovového 3D tisku, konkrétně metody DMLS (Direct Metal Laser Sintering) a aplikací této metody na výrobu forem a nástrojů. Cílem práce je teoretické využití technologie DMLS k výrobě vložek s navrženým konformním chlazením. Teoretická část práce pojednává o technologických možnostech a omezeních výroby spékání kovových prášků. Praktická část práce je vypracována ve spolupráci s útvarem PSW-F Výroba metalurgického nářadí ŠKODA AUTO a. s. Zabývá se řešením problému vzniku objemové staženiny ve skříni převodovky MQ 200 GA (oblast nálitku START/STOP). Tento problém je řešen intenzivním zachlazením kritického místa pomocí autorem navrženého konformního chlazení. Navržené varianty chlazení jsou vyhodnoceny ze simulací odlití dílu skříně v softwaru PROCAST, kde je cílem zredukovat objem staženiny v kritickém místě a posunout staženinu do míst, kde budou vrtané otvory. U nejlepší navržené varianty chlazení dojde k redukci objemu staženiny o 36 %. Dále je tato varianta optimalizována pro 3D tisk s dosažením snížení hmotnosti dílů o 49 %, zkrácení výrobního času o 36 % a snížení budoucích výrobních nákladů o 20 % vůči neoptimalizované variantě. Poté došlo k vyhodnocení kvality povrchu tištěných vzorků pomocí charakteristik Ra a Rz v závislosti na směru měření. Ze zkoušky rázem v ohybu byly zjištěny hodnoty vrubové houževnatosti v závislosti na směru tisku, orientaci vrubů a stavu materiálu. V závěru praktické části došlo k porovnání mechanických vlastností zjištěných pomocí zkoušky tahem u tištěného materiálu a konvenčně vyráběného.

This Diploma Thesis deals with issues of metallic 3D printing, specifically the method of DMLS (Direct Metal Laser Sintering) and the application of this method to the production of molds and tools. The aim of the thesis is to use DMLS technology for the production of insertions with designed conformal cooling. The theoretical part of the thesis deals with technological possibilities and limitations of the production of sintering metal powders. The practical section is elaborated in cooperation with the department PSW-F Production of Metallurgical Tools, ŠKODA AUTO. It deals with solving the problem of shrinkage in the gear housing MQ 200 GA. This problem was solved by intensive cooling (created by the author of this thesis) of the critical spot with the designed conformal cooling. Cooling varient designs were evaluated from casting simulations using the PROCAST software, where the goal was to reduce the shrinkage volume in a critical location and move the shrinkage to the location of the drilled holes. The best designed cooling variant will reduce the amount of shrinkage by 36 %. Furthermore, this variant is optimized for 3D printing, achieving a 49 % reduction in parts weight, a 36 % reduction in production time and a 20 % reduction in future production costs compared to non-optimized variant. The surface quality of the printed samples was evaluated using the Ra and Rz characteristics, depending on the direction of measurement. From the impact test, the notch toughness values were determined depending on the direction of printing, the orientation of the notches and the state of material. At the end of the practical part, the mechanical properties ascertained by the tensile test for the printed material and the conventional one were compared.