Optimierung der Eigenschaften von 3D-gedruckten metallischen Bauteilen. Optimalizace vlastností kovových součástí vyrobených 3D tiskem

Transkript

1 Optimierung der Eigenschaften von 3D-gedruckten metallischen Bauteilen Optimalizace vlastností kovových součástí vyrobených 3D tiskem Pavel Šuchmann, COMTES FHT a.s.

2 2 Gefüge metallischer Werkstoffe nach der Erstarrung Struktura kovových materiálů po ztuhnutí Gussgefüge Licí struktura Die Körner wachsen in der Richtung des größten Temperaturgradients Zrna rostou ve směru největšího teplotního gradientu Langsame Erstarrung und Abkühlung Gleichgewichtszustand, geringe Eigenspannungen Pomalé tuhnutí a ochlazení rovnovážný stav, malá vnitřní pnutí Höhere Abkühlrate Ungleichgewichtszustand, höhere Eigenspannungen Vyšší rychlost ochlazení nerovnovážný stav, vyšší vnitřní pnutí

3 3 Besonderheiten der Laserschmelzvorgänge Speciální aspekty tavení laserem Geringes Volumen der Schmelze Malý objem taveniny Hohe Erstarrungs- und Abkühlgeschwindigkeiten Rychlé ztuhnutí a ochlazení Feines Gefüge Jemná struktura Häufig relativ hohe Eigenspannungen Často vysoká vnitřní pnutí Eigenschaften unterschiedlich vom konventionellen Gussgefüge Jiné vlastnosti než u klasické licí struktury

4 4 Mechanische Prüfungen auf sehr kleinen Prüfkörpern Mechanické zkoušky na velmi malých vzorcích Zugversuche identisch mit dem Standardprüfverfahren Zkoušky tahem identické se standardními zkouškami VERGLEICH DER ERGEBNISSE MINIATURPROBEN/STANDARDPROBEN POROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ MINIATURNÍ VZORKY/STANDARDNÍ VZORKY Stress in MPa Strain extensometer in % LCS_Standard LCS_M-TT Steel_Standard Steel_M-TT Ti_Standard Ti_M-TT P91_Standard P91_M-TT COST F _Standard COST F _M-TT Al_Standard Al_M-TT Cu_standard Cu_M-TT

5 Beispiele der analysierten Bauteile Příklady analyzovaných dílů 5

6 3D-gedruckte Prüfkörper Vzorky vyrobené 3D tiskem Vergleich von zwei Größen 3D-gedruckter Prüfkörker (mit und ohne finale mechanische Bearbeitung) Porovnání dvou velikostí vzorků vyrobených 3D tiskem (s následným opracováním a bez něj)

7 7 Gefügeanalyse Analýza mikrostruktury Optisches Mikroskop Optický mikroskop 3D-Gefügebild 3D zobrazení mikrostruktury Rasterelektronenmikroskop Řádkovací elektronový mikroskop Untersuchung der Porosität mit Hilfe der Bildanalyse Zkouška porozity pomocí obrazové analýzy

8 8 Härteprüfung im Mikro- und Nanobereich Zkouška tvrdosti v oblasti mikro a nano Vickers (0,01 10) Nanoindentor Elastische und plastische Werkstoffeigenschaften im Nanobereich Elastické a plastické vlastnosti materiálů v oblasti naometrů Belastung ab 10 μn bis 500 mn (Auflösung 3 nn) Zatížení od 10 μn do 500 mn (Rozlišení 3 nn)

9 9 Analyse der Plastizität und der duktilen Schädigung Analýza plasticity a tvárného poškození Optimale Probengeometrie für komplexe Prüfungen Optimální geometrie vzorků pro komplexní zkoušky a), b) micro tensile sample c), d) micro notched tensile sample e) shear test sample f) V-bending test sample, plane strain sample g) small punch test h) punch test Johnson Cook Bai - Wierzbicki Modified Mohr-Coulomb Hosford-Coulomb a) b) c) d) e) f) തε D = න 0 dεҧ ε(λ, Ƹ θ) ҧ g) h)

10 10 Analyse der Eigenspannungen Methode Contour Cut Analýza vnitřních pnutí metoda řezu Schneiden des Bauteils im gewünschten Bereich Rozřez vzorku v požadované oblasti Vermessen der Geometrie der Schnittfläche Změření tvaru plochy řezu Berechnung des inversen Problems mit Hilfe der FEM Výpočet inverzní úlohy pomocí MKP Auswertung der Eigenspannungen Vyhodnocení vnitřních pnutí Prinzip der Methode Princip metody

11 11 Optimierung der Eigenschaften durch gezielte Wärmebehandlung Optimalizace vlastností cíleným tepelným zpracováním Vakuumhärten, -Glühen usw. Vakuové kalení, žíhání aj. Lokale Härtung/Entfestigung durch Induktion oder Laser Lokální zpevnění/odpevnění indukcí nebo laserem

12 12 Zusammenfassung / Shrnutí 3D-gedrucktes Bauteil Součást vyrobená 3D tiskem Analyse der lokalen Eigenschaften Analýza lokálních vlastností Festigkeit / pevnost Härte / tvrdost Plastizität /plasticita Gefüge usw. /mikrostruktura atd. Optimierung der Eigenschaften durch eine gezielte Wärmebehandlung Optimalizace vlastností pomocí cíleného tepelného zpracování Komplett oder partiell (im gewünschten Bereich) Kompletní nebo částečné (v požadované oblasti)

13 13 Danke für die Aufmerksamkeit Děkuji za pozornost