A study on the effect of varying selective laser melting process parameters by build process simulation

Abstract

Yenilikçi bir endüstriyel üretim teknolojisi olarak, katmanlı imalat veya diğer bir deyişle eklemeli imalat, şekillendirme, kesme ve döküm gibi geleneksel metal üretim süreçlerine kıyasla yüksek derecede özelleştirmeye olanak tanıyan katman katman üretim konseptini kullanarak karmaşık geometrilere sahip üç boyutlu parçaların oluşturulmasına izin verir. Bununla birlikte, eklemeli üretim ile ilişkili sayısız avantaja rağmen, farklı proses parametreleri kombinasyonlarının kullanılması, çok sayıda proses parametresinin varlığı ve ürün performansına olan karmaşık etkileri, prosesin daha çok uygulama için kullanımının önünde önemli bir engeldir. Özellikle optimize edilmemiş proses parametrelerinin kullanılması nedeniyle, parça karmaşıklığına bağlı olarak 3 boyutlu metal parçaların ilk kez üretimi sırasında hata ve kayıp oranları oldukça yüksek olabilmektedir. Bu nedenle, metal parçaların başarılı bir şekilde mümkün olduğunca ilk seferde üretilmesi için metal katmanlı imalat süreçlerinin öngörülebilir ve güvenilir kılınarak, yüksek maliyetli ve zaman alıcı deneme yanılma girişimlerinin ortadan kaldırılması gerekmektedir. Malzeme israfını ve gereksiz makine zamanını engellemek için, üretimi başlatmadan önce, parçada toleransları aşan atmaların veya çatlakların hangi kritik yerlerde hangi proses parametreleri ile simülasyonu o nedenle kritik hale gelmektedir. Bu amaca yönelik olarak, Autodesk Netfabb Simulation Utility yazılımı kullanılarak, Lazerle Metal Toz Ergitme proses parametrelerinin değişiminin, ortaya çıkan ısıl gradyenlerin, sıcaklıkların, artık gerilmelerin ve deformasyon dağılımını ve oluşumunu parça düzeyinde nasıl etkilediğini herhangi bir üretim yapmadan öngörebilmek amacıyla bir modelleme çalışması yapılmıştır. Bu çalışma sonuçları deneysel olarak doğrulanamadığı için, kullanılan modelin doğrulanması amacıyla, literatürde yer alan benzer modelleme teknikleri ve simülasyon yazılımları kullanılarak doğrulanmış deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar kullanılmıştır.

As an emerging and innovative industrial production technology, Additive Manufacturing (AM) allows for realization of three-dimensional shapes with complex geometries based on a layer-by-layer incremental manufacturing concept with high degrees of customization compared to traditional metal manufacturing processes such as forming, cutting and casting. However, despite the numerous advantages associated with additive manufacturing, the use of different combinations and the presence of a large number of process parameters, as well as their complex effects on product performance are a major obstacle to the use of these processes in many applications. Due to the use of non-optimized process parameters, part failure rates can be quite high especially during the first-time production of 3D metal parts Therefore, to successfully manufacture metal parts at the very first attempt, it is imperative that metal additive manufacturing processes are made predictable and reliable by eliminating costly and time-consuming trial and error attempts. In this work, a modelling study using Autodesk Netfabb Simulation Utility software was carried out to predict the extent at which changes in the magnitude of Selective Layer Melting (SLM) process parameters affect the distribution and formation of thermal gradients, temperatures, residual stresses and deformation solely by simulation without actually producing the part itself. Since the results of this study could not be verified experimentally, the model used was verified using results obtained from previously validated experimental studies as well as literature from validated work in which similar modelling techniques and simulation software were used.