|
|
Processing of NiTi alloy by SLM technology
Lukačovič, Samuel ; Dočekalová, Kateřina (referee) ; Koutný, Daniel (advisor)
This thesis deals with development of process parameters suitable for processing nickel titanium alloy, also known as nitinol, using technology Selective laser melting. The main goal of this thesis is development of process parameters capable of producing dense and thin wall parts. Minor goals are description of effect of process parameters on chemical composition, thermomechanical and mechanical properties of printed parts. By analyzing the experiments carried out on single tracks, dense parts and thin walls, the optimal combination of process parameters was able to be determined. Using this combination, it was possible to produce non-porous dense and thin wall parts, which exhibit superelasticity under load. The effects of process parameters on nickel evaporation and transition temperatures were described using analyses of thermal response and chemical composition.
|
|
|
Multi-material 3D printing of titanium and aluminium alloys
Duchoň, Matěj ; Hutař, Pavel (referee) ; Koutný, Daniel (advisor)
Additive manufacturing of multi-material components is a promising way to produce parts that combine the properties of different materials. The thesis deals with the research, optimization of process parameters and methodology to produce multi-material parts using the SLM method. The aim is to create a mechanically durable interface between two materials based on titanium and aluminium. In order to determine the suitable combination of materials, a single track test was performed, which also established the initial process parameters and the effect of increased preheating temperature on the formation of defects at the material interface. This test provided the basis for the printing of bulk samples whose interfaces were analysed in detail using light microscopy, microhardness testing and EDS. Finally, the mechanical resistance of the interface was verified by tensile testing. According to the results of the single track test, titanium alloy Ti6Al4V in combination with aluminium alloy AlSi10Mg was selected. In further tests, it was found that if the preheating temperature is increased from 200 °C to 300 °C, the number of cracks at the interface is reduced by 31 %. The combination of increased preheating temperature and appropriate process parameters produced a crack-free material interface that exhibited high mechanical durability. The thesis provides a summary overview of the issues related to multi-material metal printing and the causes of individual defects that the interface of two different materials faces. The thesis may serve as a basis for further research on multi-material metal printing.
|
|
|
Computational Models for Non-linear Mechanical Loading Analyses of Lattice Structures Made by Laser Powder Bed Fusion
Červinek, Ondřej ; Dr. Michael R. Tucker (referee) ; Haas/, Franz (referee) ; Koutný, Daniel (advisor)
Rozvoj aditivních technologií v posledních letech umožnil výrobu meta materiálů s porézní vnitřní architekturou zvaných mikro-prutové struktury z několika typů kovových slitin. Za pomoci těchto struktur je možné vyvíjet lehké komponenty s potenciálem v oblasti absorpce mechanické energie. Jejich implementací do deformačních zón vozidel může být docíleno zvýšení bezpečnosti posádky. Vlastnosti mikro-prutových struktur umožňují navrhnout absorbéry se specifickým typem chování, které redukuje přetížení působící na posádku vozidla v případě nehody. Pro využití těchto dílů pro specifické aplikace je nutné odhadnout jejich deformační chování. Nedávný výzkum ukázal, že základový materiál těchto struktur má odlišné vlastnosti v porovnání s konvenčními objemovými komponentami vyrobenými stejnou technologií. To znamená, že pro efektivní využití mikro-prutových struktur je zapotřebí matematicky přesně popsat jejich specifické vlastnosti a deformační charakteristiky. Nicméně matematický model, který by zahrnoval popis všech významných charakteristik deformace mikro-prutových struktur, není k dispozici. Proto se tato práce zaměřuje na vývoj nelineárního numerického modelu zatěžování mikro-prutových struktur se zahrnutím efektů spojených s nejvýznamnějšími geometrickými imperfekcemi, specifickými vlastnostmi multi-prutových vzorků a dynamickými efekty. Struktury jsou vyrobeny z hliníkové slitiny AlSi10Mg a nerezové oceli 316L s využitím technologie selektivního laserového tavení. Dva odlišné přístupy jsou použity k vytvoření modelu geometrie, což umožňuje detailní inspekci deformačního charakteru. Výsledky obou modelů potvrzují, že geometrické imperfekce spojené se změnou tvaru a velikosti průřezu prutu mají významný vliv na výsledné mechanické vlastnosti. Jejich zahrnutí do modelu geometrie zvyšuje přesnost výsledků simulace. Navíc mechanické vlastnosti mikro-prutových struktur stanovené pomocí multi-prutových vzorků výrazně lépe representují vlastnosti struktur pro kvazistatické i dynamické zatěžování. Finální parametrická ověřovací simulace zatěžování mikro-prutové struktury při několika rychlostech ukazuje dobrou shodu experimentu a výpočtového řešení. Podobná parametrická studie může v budoucnu vést k nalezení efektivních strukturovaných konfigurací pro specifické množství absorbované energie bez předchozí výroby a testování.
|
|
|
Measurement of Shape and Dimensions of Forgings
Hurník, Jakub ; Bračun, Drago (referee) ; Piano, Samanta (referee) ; Koutný, Daniel (advisor)
V procesu výroby těžkých výkovků volným kováním vznikají nepřesnosti, které je třeba měřit a korigovat. Metoda pasivního měření výkovků, na základě jejich siluet v obraze, zde potenciálně nabízí mnoho výhod. V případě měření výkovků ale v literatuře vykazuje relativně nízkou přesnost a nebyla ověřena v průmyslových podmínkách. Cílem práce je proto prozkoumat možnosti využití této metody v reálných podmínkách, které umožní pokročilé metody optického měření. Jsou diskutovány rušivé vlivy prostředí a navrhovány originální metody, jak ovlivnění zmírnit nebo mu předejít. Ty jsou ověřovány v laboratorním i v průmyslovém prostředí. Výsledky potvrzují efektivitu navržených metod; dosahovaná přesnost je stejného řádu s tou dosaženou v laboratorním prostředí. Bylo dosaženo chyby okolo 1 mm v měřicím objemu 6 × 6 × 2 m v případě měření přímosti osy a průměru výkovku. Tento výsledek postačuje požadavkům průmyslového prostředí. Nicméně, měření stále obsahuje odlehlé hodnoty, jejichž výskyt je diskutován. Poznatky obsažené v této práci je možné využít při vývoji profesionálního měřicího systému pro tuto aplikaci. Sekundárně jsou pak zobecnitelné a využitelné při měření horkých objektů nebo obecně objektů v komplexním prostředí na základě jejich siluet. Systém pro měření výkovků by v budoucnu mohl přinést vyšší efektivitu výroby volně kovaných polotovarů a mohl by se stát součástí automatizované kovací linky.
|
|
|
Processing of metallic materials by Selective Laser Melting at elevated temperatures
Malý, Martin ; Filho, Sergio de Traglia Amancio (referee) ; Dr. Michael R. Tucker (referee) ; Koutný, Daniel (advisor)
Tato disertační práce se zabývá vlivem předehřevu na výrobu komponent 3D tiskem kovů technologií Selective Laser Melting (SLM), také známou pod označením Laser Powder Bed Fusion (LPBF). V práci je obsažen přehled současného stavu poznání v oblasti realizace předehřevu a fyzikální podstaty předehřevu. Dále je v práci obsažen přehled vlivu předehřevu na konkrétní typy materiálů. Mezi tyto typy materiálů byly zařazeny titanové, intermetalické, niklové a hliníkové slitiny a měď. Z rešeršní části byly identifikovány perspektivní oblasti, které doposud nebyly dostatečně zkoumány, a kde by předehřev mohl vést k zefektivnění technologie LPBF a rozšíření oblasti zpracovatelných materiálů. Mezi tyto oblasti bylo zařazeno zkoumání vlivu předehřevu v kombinaci s dalšími procesními parametry na zbytková napětí u slitiny Ti6Al4V, vliv předehřevu na niklovou slitinu Inconel 939 a na měď. Předpokladem u Ti6Al4V a Inconelu 939 bylo, že předehřev sníží zbytková napětí a bude tak možné snížit množství podpůrných struktur během výroby, což by vedlo k zefektivnění technologie. Tato hypotéza byla zamítnuta, protože i přes snížení zbytkových napětí u Ti6Al4V nedošlo k jejich eliminaci a navíc, došlo k rychlé degradaci nepoužitého prášku, což zvyšuje náklady na výrobu. U Inconelu 939 dokonce zvýšená teplota vedla k vyšším deformacím, a tedy zbytkovým napětím v důsledku evoluce karbidické fáze. Další perspektivní oblastí, kde by předehřev mohl vést k zvýšení portfolia zpracovatelných materiálů, je měď. Měď je díky vysoké tepelné vodivosti a odrazivosti laserového záření považována za obtížně zpracovatelnou technologií LPBF. Z experimentů byl potvrzen velice pozitivní vliv předehřevu na relativní hustotu vzorků. Vzorky dosáhly hodnot relativní hustoty přes 99 % pokud byly tisknuty s předehřevem 400 °C. Bylo tedy experimentálně ověřeno, že předehřev může významně zlepšit zpracovatelnost skupiny materiálů, které mají nízkou pohltivost laserového záření a materiálů s vysokou teplenou vodivostí. Všechny výsledky vedou k lepšímu pochopení chování materiálů během zpracování technologií LPBF a mohou vést k jejímu rozšíření do dalších průmyslových odvětví. Výsledky jsou shrnuty ve třech publikacích, které byly vydány ve vědeckých časopisech.
|
|
|
Resonance and damping behavior of lattice structures produced by Selective Laser Melting
Lagiň, Adam ; Čížek, Petr (referee) ; Koutný, Daniel (advisor)
In reaction to the uptrend of additive manufacturing of lightweight structured metallic parts, this diploma thesis is focused on the resonant and damping behavior of micro-truss lattices produced by Selective Laser Melting (SLM) technology. Micro-truss structures already found usage in various types of optimizations. Therefore, the optimization of resonance or damping could be also assumed as possible. For this purpose, several finite element analysis approaches were used, including the referent solid element model and simplified beam models. Obtained results were verified experimentally via pulse modal analysis. Material and mechanical properties of samples for FEA results and experimental results comparison were unified through secondary experiments. The main goal of this research was to explore the behavior of resonance and damping of structures when their elementary parameters are changed. The results from both, numerical and experimental approaches confirm that the eigenfrequency and the damping ratio of the structure can be affected by the change in the truss diameter, cell size, or type of structure. The work also presents the successful methods for simplified beam model optimization, which guarantees its high precision in the wide field of tested samples. This newly obtained knowledge creates a comprehensive overview of micro-truss structures, which can be used for the conscious design of ultra-light parts with the required eigenfrequency and damping ratio.
|
|
|
Design of support structures for parts made of Inconel 718
Kuhajdik, Matej ; Hutař, Pavel (referee) ; Koutný, Daniel (advisor)
This master thesis deals by the design of support structures for the production of parts made of nickel superalloy IN718 using selective laser melting (SLM). The aim of this work is to design a support structure so that technological problems (excessive deformation of the part due to high residual stresses and insufficient heat dissipation) are eliminated and replace the use of massive volume support, which is inefficient in terms of design and production time, consumed material and postprocessing. Mechanical behaviour of residual stresses of built component, design points of selected support structures (perforated block with pins, BCCZ with perforated contour) and design recommendations were quantified by using thermo-mechanical simulations of production and series of experiments. The functional sample was tested by designing specific support structures for the turbine wheel with subsequent production. The support structure ensured safe, successful production without potential problems and met the requirement to minimize material consumption through effective large-scale perforation of the structure.
|
|
|
Development of process parameters for Selective Laser Melting technology for processing of aluminum alloy AlSi7
Zvoníček, Josef ; Dočekalová, Kateřina (referee) ; Koutný, Daniel (advisor)
The diploma thesis deals with the study of the influence of process parameters of AlSi7Mg0.6 aluminum alloy processing using the additive technology Selective Laser Melting. The main objective is to clarify the influence of the individual process parameters on the resulting porosity of the material and its mechanical properties. The thesis deals with the current state of aluminum alloy processing in this way. The actual material research of the work is carried out in successive experiments from the welding test to the volume test with subsequent verification of the mechanical properties of the material. Material evaluation in the whole work is material porosity, stability of individual welds, hardness of the material and its mechanical properties. The results are compared with the literature.
|
|
|
Stainless steels for cryogenic applications processed by 3D printing
Grygar, Filip ; Hutař, Pavel (referee) ; Koutný, Daniel (advisor)
This thesis deals with properties of austenitic stainless steel 304L processed by SLM technology and tested at room and cryogenics temperatures. Result is description of mechanical properties and microstructure. First step was to develop processing parameters to achieve porosity of prints fell below 0,01 %. Following tensile test showed higher yield and ultimate tensile strength than conventionally fabricated parts, even at temperature -80 °C, but at cost of reduced ductility. Due to deformation and low temperature austenite transformed into martensite. This transformation also occurred in Charpy toughness test, that resulted in ductile to brittle behaviour.
|
|
|
Design of linear ball screw actuator for higher axial load
Turek, Lukáš ; Klapka, Milan (referee) ; Koutný, Daniel (advisor)
This bachelor thesis solves the construction of a servomotor with a moving screw for higher axial loads. The aim was to design a servo actuator for an axial load of 25 kN, which can be clamped from both sides. The partial goals were to develop an overview of electro-mechanical servo actuators, to analyze the force ratios, load capacity and service life of the current actuator solution. Further process the calculation and design of the actuator, including drawing documentation of selected components for higher axial loads.
|
guest ::
