Vývoj parametrů procesu tisku pro nástrojovou ocel L-40 v Laser Powder Bed Fusion

Abstract

Diplomová práce je věnována problematice aditivních technologií se zaměřením na Laser Powder Bed fusion (Selective Laser melting). Tiskárna, určená pro Selective Laser melting, byla využita na Fyzikálním ústavu Akademie věd ČR (NCK MATCA). Během této doby autor diplomové práce působil jako Specialista aditivních technologií pod vedením firmy Cardam Solution s.r.o. Hlavním tématem práce je licencovaná nástrojová ocel L-40 dodávaná firmou Formetrix. Uvedená ocel byla zpracována metodou Selective Laser melting bez použití dalšího tepelného zpracování (as-built). Byla provedena analýza dodaného prášku včetně finálních PSD křivek, SEM analýzy práškových částic a kontrola vnitřní kvality těchto částic. Chemické složení dodaného prášku bylo ověřeno EDX metodou. V úvodní části jsou zkoumány parametry na jednosměrných drahách laseru. Dále jsou parametry tisku pozorovány v závislosti na obsahu porozity v objemových vzorcích, kde hlavním cílem bylo dosáhnout maximálního obsahu porozity 0,2 % (hustoty tělesa 99,8 %). Kombinací tiskových parametrů bylo dosaženo minimální porozity 0,02 % (hustoty 99,98 %). Ve finální části experimentu byly vytištěny tělesa pro tahovou zkoušku a zkoušku rázem v ohybu. Ačkoliv kubické vzorky ukázaly 99,96 % hustoty tištěných těles, tak mechanické vlastnosti neodpovídaly hodnotám uvedeným dodavatelem materiálu. Následně byla provedena analýza lomových ploch, vnitřní kvality a byla uvedena doporučení pro další tiskové realizace. Experiment byl uzavřen tiskem části formy pro vysokotlaké lití hliníku a využit k reálné aplikaci. Uvedená práce byla realizována ve spolupráci Fakulty strojní ČVUT v Praze (Ústavem materiálového inženýrství), NCK MATCA (Fyzikální ústav Akademie věd ČR), Cardam Solution s.r.o. Finální aplikace formy je zaměřena na vysokotlaké lití ve firmě Beneš a Lát a.s.

Master´s thesis is dealing with additive manufacturing technologies with focus on Laser Powder Bed fusion method (Selective Laser melting). Selective laser melting printer is located at Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences (NCC MATCA), where author of this thesis performed as Additive manufacturing specialist under the cover of Cardam Solution s.r.o. company. The main subject of the investigation is licensed tool steel L-40 supplied by company Formetrix. Tool steel L-40 is processed with Selective Laser melting without further heat treatment (as-built state). Powder analysis is realized with final PSD curves, particle shape (SEM) and inner quality analysis. Powder chemical composition is checked with the use of EDX. Further process parameters are investigated on single-tracks and cubic samples, where the goal is to reach the lowest amount of porosity 0,2 % (99,80 % density). Highest reached cubic sample density was 99,98 %. In the final stage tensile and Charpy impact test samples were printed and processed. Despite the cubic samples with selected process parameter showed 99,96 % density, final mechanical properties did not meet with all supplier´s specifications. The fracture surface analysis is placed at the end of the thesis with recommended counter measurements. Experiment part is closed with die core print pre-processing for high pressure die casting application. Handed thesis is realized in cooperation of Faculty of mechanical engineering, Materials engineering institute, NCC MATCA (Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences) and Cardam solution s.r.o. company. The final application is targeted for casting plant of company Beneš a Lát a.s.