Investigation of cylindrical part manufacturing by shaped metal deposition

Abstract

Katmanlı imalat, yeni nesil imalat teknolojileri arasında yer alan ve endüstriyel uygulama alanı gittikçe artan bir imalat yöntemidir. Bu üretim tekniğinde konvansiyonel üretim tekniklerine kıyasla, malzeme boşaltma yerine katman şeklinde malzeme yığılması prensibine uyularak, parça geometrisi yaklaşık ve/veya tam parça geometrisine uygun olarak eklemeli bir biçimde üretilmektedir. Böylelikle daha uygun malzeme oranlarında son şekle yakın ve karmaşık geometrili parçaların üretimi mümkün olmaktadır. Bu çalışmada katmanlı üretim yöntemlerinden birisi olan şekilli metal yığma metodu silindirik parça üretimi için kullanılmıştır. Bu amaçla TİG kaynak + tel yığma araçları tasarlanmış ve kurulmuştur. Bu çalışmada metal yığma metodu kullanılarak silindirik parça üretme, geometrik özellikleri analiz etme, makro ve mikro yapı analizlerinin yanı sıra işlem parametrelerini de yığılan parçaları analiz etme amaçlanmıştır. Uygun bir deney tasarımı kullanılarak yığılan parçaların geometrisi incelenmiştir. Aynı zamanda, işlem parametrelerinin yükseklik, genişlik ve dış çap üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Örnek silindirik parça üretiminde en uygun parametreler akım (I)=120 A, dönme hızı (TS)=0.18 m/d, tel besleme hızı (WFS)=1.9 m/d olarak belirlenmiştir. Ayrıca, metalografi test sonuçları TS ve I parametrelerinin mikro yapıyı etkilediğini, WFS değerlerinin ise mikro yapıyı değiştirmediğini göstermiştir. Mikro yapı araştırmaları sırasında vermicular ve lathy ferrit morfolojisi soğumanın etkisinden dolayı gözlemlenmiştir. Bazı örnekler için vermicular ferrite yapısı diğerlerinden daha çok görülmüştür. Makro yapı sonuçlarına göre ardışık katmanlar arasında herhangi bir hata gözlemlenmemiştir. Yığma bölgesine giren ısı, sertlik değerini etkilemektedir.

Additive manufacturing is a new generation of manufacturing technology and recently it has increasing demand in industrial applications. In this production technique; instead of removing the material, the material is added layer by layer in order to get near or net shape of the full geometry. Thus, the final shape of the products can be produced with use of less material and more complex shape of products can be produced easily. In this work, shaped metal deposition (SMD), which is one of the additive manufacturing methods, was used for producing cylindrical parts. For this purpose, an experimental set-up including TIG welding + wire deposition tool was designed and constructed. The aim of this work is to investigate the cylindrical part manufacturing using SMD method and analyse geometrical attributes, macro and microstructure characteristic as well the effects of as process parameters. The geometry of the deposited parts was investigated using a suitable design of experiment. The effects of process parameters on wall height, width, and outer diameter were also investigated. The optimum set of parameters was obtained to produce cylindrical parts as: current (I)=120 A, travel speed (TS)=0.18 m/min and wire feed speed (WFS)=1.9 m/min. Furthermore, the metallographic testing results showed that TS and I values were very effective on microstructure and the changes in the value of WFS had not a significant effect on the microstructure. Vermicular and lathy ferrite morphology were observed on the investigated microstructures because of the cooling effect. For some samples, content of the vermicular ferrite was found more than the others. The macrostructure results showed that there were no errors in the depositions, even on the interface between successive layers. It has been found that the hardness was affected by the amount of heat input to the deposition area.