Identifikace únavového poškození materiálů vyrobených technologií selective laser melting pomocí nedestruktivních metod zkoušení

2016 Identifikace únavového poškození materiálů vyrobených technologií selective laser melting pomocí nedestruktivních metod zkoušení PROJEKT DISERTAČNÍ PRÁCE DO PŘEDMĚTU 9MOP ING. VENDULA KRATOCHVÍLOVÁ

Obsah 1 OBSAH 1 Obsah... 1 2 Název práce a klíčová slova... 2 2.1 Název práce... 2 2.2 Klíčová slova... 2 3 Anotace... 3 4 Úvod... 4 5 Shrnutí současného stavu poznání... 6 5.1 Technologie SLM... 6 5.1.1 Optimalizace výrobních parametrů... 6 5.1.2 Únava SLM materiálů... 7 5.2 Akustická emise... 11 6 Analýza, interpretace a zhodnocení poznatků na základě kritické rešerše... 17 7 Podstata a cíle disertační práce... 18 8 Vědecké otázky a pracovní hypotézy... 19 8.1 Vědecké otázky... 19 8.2 Pracovní hypotézy... 19 9 Způsob řešení a použité vědecké metody... 21 9.1 Stanovení optimálních výrobních parametrů laseru s průběžným zkoušením materiálu.... 21 9.2 Analýza vyrobených vzorků a stanovení nejlepších parametrů SLM... 21 9.3 Analýza únavového poškození... 21 9.3.1 Zkušební zařízení pro únavové zkoušky... 21 9.3.2 Akustická emise... 23 10 Časový rozvrh a etapy řešení... 26 11 Odůvodnění nutnosti a potřebnosti řešení dané problematiky v daném čase27 12 Spolupráce s jinými institucemi... 28 13 Předpokládané náklady spojené s řešením a jejich zdroje... 30 13.1 Materiální náklady... 30 13.2 Cestovní náklady... 30 13.3 Náklady na ostatní služby... 30 13.4 Zdroje nákladů... 30 14 Charakteristika předpokládaného výsledku řešení disertační práce... 31 15 Životopis... 32 15.1 Informace o současném doktorském studiu... 32 15.2 Dosažené vzdělání... 32 15.3 Pracovní zkušenosti... 32 16 Bibliografie... 33 1

Název práce a klíčová slova 2 NÁZEV PRÁCE A KLÍČOVÁ SLOVA 2.1 Název práce Česky: Identifikace únavového poškození materiálů vyrobených technologií selective laser melting pomocí nedestruktivních metod zkoušení Anglicky: Identification of fatigue damage materials fabricates using selective laser melting using non-destructive testing methods 2.2 Klíčová slova Česky: Selective laser melting, únavové poškození, akustická emise, nedestruktivní testování Anglicky: Selective laser melting, fatigue damage, acoustic emission, non-destructive testing 2

Anotace 3 ANOTACE Disertační práce se bude zabývat diagnostikou strukturních změn během cyklického zatěžování vzorků. Pozornost bude zaměřena zejména na materiály vytvořené metodou selective laser meting (SLM) a na možnost korelace stupně poškození se záznamy metody akustické emise, příp. dalších vhodných postupů nedestruktivního zkoušení. Obecně je dnes metodám 3D tisku, kam patří také SLM, věnována vysoká pozornost a ve spojení s užitím vysokopevnostních materiálů mají vysoký potenciál pro využití v různých oblastech průmyslu. Nicméně se jedná o poměrně novou technologii a je zde velký prostor pro další výzkum. 3

Úvod 4 ÚVOD Přestože se technologie 3D tisku vyvíjejí již od 80. let minulého století, v dnešní době zažívají velký boom. Již dnes si může každý nadšenec postavit jednoduchou 3D tiskárnu doma a jejich využití ve všech průmyslových odvětvích je čím dál častější. Dnes jsou metody 3D tisku využívány především pro výrobu modelů a prototypů. Díky dalšímu výzkumu a vývoji mohou být v budoucnu používány v automobilním, leteckém průmyslu, kosmickém výzkumu (složité součásti), ve zdravotnictví (výroba protéz a náhrad na míru), pro výrobu nástrojů pro konvenční technologie (výroba slévárenských nebo kovacích forem nebo jejích součástí) a také ve výzkumu nových materiálů. [1,2] Obr. 1 Příklady využití 3D tisku [1,2] Principem technologie SLM je postupné tavení tenkých vrstev kovového prášku laserovým paprskem pouze na určených místech, tímto se řadí mezi technologie 3D tisku. Tato metoda umožňuje výrobu dílců se složitým designem, které by jiným způsobem nebyly vyrobitelné, anebo by jejich výroba byla velmi náročná. Oproti konvenčním technologiím, jako je například obrábění, se snižuje spotřeba materiálu. Slévárenské technologie sice umožňují podobnou variabilitu tvarů, ale SLM technologie nepotřebuje fyzický model ani formu, což kromě peněž šetří také životní prostředí. [3,4] Obr. 2 Schéma výroby součásti pomocí SLM [3] 4

Úvod Díky vhodným metodám a postupům pro testování materiálů bude možné tyto materiály a metodu SLM dále zdokonalovat a tím rozvíjet výše zmíněná průmyslová odvětví, která 3D tisk buď již používají, nebo ho do budoucna používat začnou (automobilní a letecký průmysl, kosmický výzkum, medicína, výrobní technologie, ). 5

Shrnutí současného stavu poznání 5 SHRNUTÍ SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ 5.1 Technologie SLM Technologie výroby SLM je velmi progresivní metodou a v poslední době se jí věnuje řada vědeckých a výzkumných institucí po celém světě. V poslední době bylo napsáno mnoho prací, které se věnují různým aspektům této výroby. Jde především o nalezení vhodných parametrů výroby s cílem zvýšit výslednou kvalitu materiálu, autoři sledují především relativní hustotu materiálu, strukturu materiálu a jeho mechanické vlastnosti. 5.1.1 Optimalizace výrobních parametrů Výrobu materiálu technologií SLM doprovází vznik zbytkových napětí, která jsou způsobena velkými teplotními gradienty mezi jednotlivými vrstvami materiálu. To způsobuje narušení vnitřní struktury materiálu staženinami a trhlinami. Touto problematikou se ve své práci zabývali Peter Mercelis a Jean-Pierre Kruth. Nejprve navrhli teoretický model chování materiálu, který následně ověřili měřením. [5] Z jejich práce vyplývá, že velikost napětí je závislá na tloušťce dílu a tloušťce a tuhosti základní desky. Napětí je ve směru kolmém na směr skenování větší než ve směru rovnoběžném. Zbytková napětí lze snížit odstraněním součásti od základní desky, předehřátím základní desky či pomocí následného tepelného zpracování. [5] Ben Vandenbroucke a J. P. Kruth se ve své práci zabývají optimálními parametry pro výrobu biokompatibilních slitin titanu (Ti-6Al-4V) a kobaltu (Co-Cr-Mo). Kvalitu materiálu vyhodnocovali na základě sledování vnitřní hustoty materiálu, mechanických vlastností (tvrdost, tažnost, houževnatost, ) a odolnosti proti korozi. [6] Výkon laseru a tloušťka vrstvy nanášeného materiálu byly konstantní (95 W a 30 µm pro Ti a 40 µm pro Co). Měnila se rychlost skenování v kombinaci se řádkováním (obr. 3). Pro Ti-6Al-4V vychází jako nejlepší rychlost skenování 125 mm/s s řádkováním 130 µm, pro Co-Cr-Mo rychlost skenování 200 mm/s a řádkování 140 µm. S těmito parametry bylo dosaženo hustoty 99,8 (Ti) a 99,9 (Co). [6] 6 Obr. 3 Vliv parametrů výroby na vnitřní hustotu materiálu [6]

Shrnutí současného stavu poznání Zkoušky pevnosti v tahu a ohybu byly provedeny pouze pro slitinu Ti-6Al-4V. Bylo dosaženo meze pevnosti v tahu 1250 MPa a meze pevnosti v ohybu 2000 MPa. Tyto hodnoty jsou srovnatelné s litým materiálem. [6] Test odolnosti proti korozi byl proveden pro obě slitiny. Materiál Ti-6Al-4V vyrobený metodou SLM má oproti litému materiálu lepší korozivzdornost. Naopak korozivzdornost materiálu Co-Cr-Mo vyrobeného SLM je oproti litému materiálu horší. [6] Bo Song et al. ve své práci použil železný prášek obsahující pouze 0,02 hm.% C, ze kterého vyráběl kostky o rozměrech 5 mm x 5 mm x 5 mm. Při výrobě použil různé kombinace výkonu laseru a rychlosti skenování (posuv paprsku) a sledoval vliv těchto parametrů na vnitřní hustotu materiálu. Na základě dosažených výsledků pak tyto parametry rozdělil do 4 skupin (zón) viz obr. 4. Nejvyšší hustotu měly vzorky vyrobené s parametry ze zóny II (výkon laseru 100 W a rychlost skenování 0,1-0,4 m/s), tyto parametry pak použil pro výrobu vzorků pro tahovou zkoušku. [8] Obr. 4 Rozdělení parametrů tisku do zón [8] Pevnost takto vyrobeného materiálu byla vyšší, než pevnost konvenčně vyrobených vzorků. Při rychlosti skenování 0,4 m/s a výkonu laseru 100 W dosáhl pevnosti v tahu 412 MPa a meze kluzu 305 MPa. [8] 5.1.2 Únava SLM materiálů a) Slitiny titanu Slitinou Ti-6Al-4V se zabýval také Qianchu Liu et al. Ve své práci zkoumal vliv vnitřních vad na únavu materiálu. Šlo především o vady, které se objevují také při svařování, jako je neroztavený materiál a dutiny, anglicky Lack of Fusion (LOF). [7] Parametry pro výrobu vzorků byly: výkon laseru 175 W, řádkování 0,125 mm, tloušťka vrstvy 30 µm, rychlost skenování 710 mm/s. Měnila se pouze orientace směru 7

Shrnutí současného stavu poznání tisku, která byla vůči ose vzorku buď vertikální, nebo horizontální. Vzorky byly cyklicky zatěžovány maximálním napětím 600 a 700 MPa při napěťovém poměru R = 0,1 s frekvencí 10 Hz. Výsledky porovnávány se vzorky vyrobenými z litého materiálu bez tepelného zpracování, po izostatickém lisování za tepla (hot isostatic pressing HIP) a z tvářeného materiálu. [7] Lomová plocha po cyklickém zatěžování byla pozorována pomocí optické i řádkovací elektronové mikroskopie (scanning electron microscopy SEM). Na těchto plochách pozoroval vady LOF, které rozdělil na 3 typy (obr. 5). Typ I dutina s neroztaveným práškem, typ II dutina bez neroztaveného prášku a typ III podlouhlá dutina s neroztaveným práškem. Typ I a II se vyskytoval u vzorků s vertikální orientací tisku, typ III u vzorku s horizontální orientací tisku vůči ose vzorku. Tyto vady mají velký vliv na únavovou životnost vzorku. Vada vždy iniciuje trhlinu. Čím blíž k povrchu se vada nachází, tím je životnost nižší. [7] Obr. 5 Fotografie ze SEM typy vad: a) Typ I, b) Typ II, c) Typ III [7] Únavová živostnost vzorku s horizontální orientací tisku byla vyšší než u vzorku s orientací vertikální. V porovnání se vzorky z litého materiálu byla životnost materiálu z SLM vyšší a byla srovnatelná se vzorky vyrobenými z materiálu po HIP. Vzorky s horizontální orientací tisku měli stejnou životnost jako vzorky vyrobené tvářením. [7] H. Khalid Rafi et al. ve své práci srovnává mechanické vlastnosti slitin titanu Ti- 6Al-4V a nerezové oceli 15-5 PH, které byly vyrobeny SLM technologií. Sledoval pevnost v tahu, únavu a strukturu lomu. [35] Zjistil, že pevnostní charakteristiky SLM materiálu jsou srovnatelné nebo lepší než u kovaných materiálů. Pevnost materiálu je závislá na orientaci tisku. Vzorky s horizontální orientací tisku měli vyšší pevnost v tahu než vzorky s vertikální orientací. [35] Únavová životnost titanové SLM slitiny byla vyšší než živostnost standartního materiálu. Únavové trhliny byly iniciovány vadami těsně pod povrchem materiálu. Trhlina se šíří radiálním směrem od vady materiálu a jde skrz zrna, šíří se od ní jemné sekundární trhliny. [35] Únavová životnost oceli vyrobené SLM byla o 20 % nižší, než životnost standartního materiálu. To je dáno především horší kvalitou povrchu, trhliny byly iniciovány vadami na povrchu. Avšak na lomové ploše nebyly jasně viditelné oblasti iniciace trhliny, šíření trhliny a dolomení tak, jak je známe ze standartních materiálů. [35] 8

Shrnutí současného stavu poznání H. Gong et al. také zkoumal mechanické vlastnosti slitiny Ti-6Al-4V, konkrétně se zaměřil na vliv defektů na tyto vlastnosti. Vzorky vyráběl technologií SLM s různými optimálními parametry (tab.1) a také technologií electron beam melting (EBM). Vzorky testoval na vysokocyklovou únavu. Použil sinusové zatížení v režimu R = 0,1 a frekvenzí 50 Hz. Takto testoval více než 10 vzorků, kde kombinoval různá maximální napětí, maximální napětí bylo 750 MPa a testy byly ukončen po 10 7 cyklech. [36] Tab. 1 Výrobní parametry SLM vzorků [36] Označení vzorku Rychlost skenování (mm/s) SLM-OP 1 960 42 SLM-MP 2 540 74 SLM-MP 3 400 100 SLM-MP 4 1260 32 SLM-MP 5 1500 27 Hustota energie (J/mm 3 ) Všechny vzorky vykazují značný rozptyl únavové životnosti (obr. 6). [36] Obr. 6 Únavová životnost vzorků Ti-6Al-4V vyrobených technologií SLM [36] Zlomené vzorky následně podrobil faktografické analýze. Ta ukázala, že v materiálu se nacházejí především tyto vady: póry, studené spoje a nedostatečné roztavení materiálu. Všechny tyto defekty mají značný vliv na únavovou životnost materiálu. Trhliny byly iniciovány vadami na nebo těsně pod povrchem. [36] b) Slitiny hliníku Slitinou hliníku, konkrétně AlSi10Mg, se ve své práci zabývá E. Brandl et al. [37]. Tato slitina je jedním z nejběžněji používaných materiálů pro odlévání strojních součástí, při vhodném tepelném zpracování lze dosáhnout meze pevnosti v tahu (Rm) až 260 MPa, meze kluzu v tahu (Rp0,2) až 220 MPa. Celkem bylo vyrobeno 91 vzorků, které byly rozděleny do 8 sérií po 9 až 12 kusech. Jednotlivé série se od sebe lišili mírou předehřátí základní desky (30 nebo 300 9

Shrnutí současného stavu poznání C), ustavením vzorku (0, 45 nebo 90 vzhledem k základní desce obr. 7) a tepelným zpracováním (vytvrzování T6 homogenizační žíhání, rychlé ochlazení a precipitační vytvrzení za tepla). Ostatní výrobní parametry byly u všech výrobních dávek stejné: výkon laseru 250 W, průměr laserového paprsku 0,2 mm, tloušťka nanášené vrstvy 50 µm, rychlost skenování 500 mm/s a řádkování 0,15 mm. [37] Obr. 7 Vzorky vyrobené v různých směrech: (a) 0, (b) 45, (c) 90 [37] Vyrobené vzorky podrobil zkoušce vysokocyklové únavy, testovací frekvence byla přibližně 180 Hz a poměr napětí R=0,1. Dále sledoval mikrostrukturu materiálu a provedl fraktografickou analýzu lomové plochy. [37] S danými parametry výroby bylo dosaženo více než 99% vnitřní hustoty materiálu. Mikrostruktura materiálu bez tepelného zpracování se vyznačovala dendritickou strukturou a byly zde jasně viditelné hranice tavených vrstev, struktura byla velmi nehomogenní. Díky tepelnému zpracování se vnitřní strukturu materiálu podařilo homogenizovat, dendrity ani hranice tavených vrstev již nebyly znatelné (obr. 8). Mikrostruktura vzorků tisknutých v různých směrech byla po tepelném zpracování takřka shodná. [37] a) b) Obr. 8 Mikrostruktura materiálu před (a) a po (b) tepelném zpracování [37] Výsledky zkoušky únavy ukázaly, že tepelné zpracování výrazně zvyšuje životnost materiálu (obr. 9). Vzorky po tepelném vyrobené na desce předehřáté na 30 C, jejichž osa byla rovnoběžná se základní deskou (0 ) mají vyšší odolnost proti únavě, než vzorky vyrobené v ostatních směrech, avšak u vzorků vyrobených na desce předehřáté na 300 C je odolnost proti únavě nezávislá na směru tisku. Ve srovnání se standardem jsou dosažené výsledky odolnosti vůči únavě vyšší. [37] 10

Shrnutí současného stavu poznání Obr. 9 Výsledné S-N křivky vzorků s nejlepšími výsledky [37] Z fraktografické analýzy vyplývá, že trhliny jsou vždy iniciovány výrobními vadami, jako jsou póry a neroztavené částice na povrchu nebo těsně po povrchem vzorku. [37] 5.2 Akustická emise Metoda akustické emise (AE) se řadí mezi standardní metody nedestruktivního zkoušení (NDT) a je v praxi běžně využívána. Příklady využití metody AE v technické praxi [31]: Provozních zkoušky konstrukcí, zařízení, aparatur a strojů Monitorování technologických procesů (svařování, chladnutí odlitků, monitorování kvality obrábění, ) Výzkum (detekce a lokalizace poškození, materiálové zkoušky) Zvuky spojené s deformací materiálu známe všichni a lidstvo je vnímá od pradávna, například zvuk při lámání dřeva. První zdokumentované pozorování jevu akustické emise (AE) se datuje do roku 1545, kdy arabský alchymista Geber popsal slyšitelné zvuky vydávané při deformaci cínu a kování železa. V moderní historii se pak první vědecké práce o jevu AE objevují ve 30. letech 20. století. Oficiální začátek historie AE se však datuje od roku 1950, kdy německý fyzik Josef Kaiser publikoval svoji dizertační práci na téma Untersuchungen über das Auftreten von Geräuschen beim Zugversuch (Studie o výskytu zvukového šumu při tahové zkoušce). V následujících letech se metoda AE rozvíjela při zkoumání vlastností dalších materiálů. [38, 39] Zatímco ostatní NDT metody pracují na principu zviditelnění již přítomného porušení materiálu (např. změnou intenzity rentgenového záření, šíření a odraz ultrazvukových vln, změnou toku vířivých proudů, magnetického pole, ), metoda AE dokáže detekovat rozvoj procesu porušení, lokalizovat a hodnotit aktivitu defektů a rozvoj procesů porušení materiálu již v jejich průběhu. Proto je ve výzkumu často 11

Shrnutí současného stavu poznání využívána právě pro monitorování mechanických zkoušek materiálu, zejména při zkoušení únavy materiálu. [39, 40] V praxi to znamená, že s použitím AE dokážeme pozorovat různá stádia vzniku a šíření trhlin. Můžeme tedy říct, kdy trhlina vznikla (iniciace trhliny), kdy se začala šířit a kolik cyklů je potřeba do lomu. Na základě zkoušek pak můžeme tato stádia pozorovat v provozu a tím předcházet nehodám. Při únavových zkouškách se sledují především tyto parametry signálu akustické emise: Počet překmitů (countů) počet kmitů nespojitého signálu, který překročí práh detekce v jedné polaritě. [46] Maximální amplituda nespojitého signálu maximální odchylka napětí v době trvání nespojitého signálu. [46] Doba náběhu signálu časový rozdíl mezi prvním překročením prahu detekce a maximální amplitudou nespojitého signálu. [46] Pro analýzu únavového poškozování kovových materiálů používá ve svých pracích metodu AE například Z. Han et al. [41-43] Ve své práci z roku 2011 [41] studuje chování AE ve spojitosti se vznikem a šířením únavových trhlin v manganové (Mn) oceli a jejích svarech. Vyrobené vzorky zatěžoval (obr. 10) čtyř bodovým ohybem za pokojové teploty při sinusovém průběhu zátěžného cyklu s amplitudami 16 a 20 kn, napěťovým poměrem R=0,1 a frekvencí 8 Hz. Sledoval délku trhliny a z ní určil rozkmit faktoru intenzity napětí (ΔK). AE zaznamenával pomocí dvou snímačů, což umožňuje lokalizovat její zdroj. Zesílení bylo 40 db a byl zaznamenán signál v rozsahu 10 khz 2MHz. Na závěr byla provedena fraktografická analýza lomové plochy. [41] Obr. 10 Vzorek, který při svých zkouškách používá Z. Han et al. [41,42] Analýza signálu AE ukázala, že u všech vzorků lze pozorovat 3 stádia (obr. 11). 1. stádium se vyznačuje vysokou aktivitou AE hned od začátku zatěžování, zde dochází k iniciaci trhliny a plastickým deformacím na hrotu zářezu. Ve 2. stádiu se počet countů výrazně snižuje a stádium trvá poměrně dlouho (80% z celkové životnosti vzorku), dochází k pohybu dislokací v plastické oblasti, koncentraci napětí na konci trhliny a ke vzniku mikrotrhlin. Na konci zkoušky, ve 3. stádiu, se počet countů opět 12

Shrnutí současného stavu poznání rapidně zvyšuje, mikrotrhliny se propojují a stabilní šíření trhliny přechází na nestabilní. [41] Obr. 11 Počet AE countů (C) vs. počet cyklů (N) u základního a svařovaného materiálu. [41] Výsledky měření ukázali, že trhliny se rychleji šíří ve svarech, než v základním materiálu a odezva signálu AE je bouřlivější. To je způsobeno odlišnou mikrostrukturou svarů, která se vyznačuje Widmanstättenovou strukturou a oxidickými vměstky. [41] Na tuto práci Z. Han et al. navazuje obdobnou studií publikovanou v roce 2013 [42]. Mimo základní a svařovaný materiál testoval ještě vzorky temperované na 200 a 600 C. Zjistil, že odezva AE při únavovém namáhání je u základního, svařovaného a temperovaného materiálu na 600 C podobná a lze zde jasně rozeznat stejná 3 stádia jako v předchozí studii [41], avšak u materiálu temperovaného na 200 C se výrazně liší, 2. a 3. stádium není výrazně odlišeno. To je způsobeno odlišnou vnitřní mikrostrukturou materiálu a mechanismem lomu. Materiál temperovaný na 200 C obsahoval velké množství martenzitu, zatímco u materiálu temperovaného na 600 C převažuje ferit. [42] U vzorků vyrobených ze základního, svařovaného a materiálu temperovaného na 600 C převažuje tvárný mechanismus lomu a zdroje odezvy akustické emise pouze potvrzují závěry z předchozí studie [41]. Vzorek temperovaný na 200 C však vykazuje štěpný mechanismus porušení s rychlejším šířením trhliny, což je způsobeno křehkou martenzitickou strukturou materiálu. To způsobuje silnější odezvu AE s vyšší amplitudou i počtem countů (obr. 12). [42] 13

Shrnutí současného stavu poznání Obr. 12 Kumulativní počet countů AE vs. počet cyklů: srovnání všech vzorků (a) a detail (b) pro základní, svařovaný a materiál temperovaný na 600 C. [42] V další práci se Han et. al [43] zabývá hořčíkovou slitinou, která byla vyrobena extrudováním. Studuje vliv orientace vzorku vzhledem ke směru protahování na únavové vlastnosti a odezvu AE během šíření únavové trhliny v tomto materiálu. Zkušební vzorky byly vyrobeny tak, že osa zatěžování byla buď rovnoběžná (ED), nebo kolmá ke směru (TD) ke směru protahování. Zjistil, plastická deformace u ED vzorků probíhá skluzem, zatímco u TD vzorků bylo pozorováno dvojčatění. To způsobuje nejen odlišnou únavovou životnost vzorku, která byla vyšší u ED vzorků, ale také odlišnou odezvu AE. [43] Signál AE se výrazně liší především při vyšších hodnotách ΔK, kdy se začíná projevovat dvojčatění, které je intenzivnějším zdrojem AE než skluz. Tato odlišnost spočívala ve vyšším počtu a četnosti countů. Pro potvrzení této domněnky byla provedena detailnější analýza signálu AE, kde se sledovala doba náběhu a amplituda pro různé ΔK. Jak je vidět na obrázku č. 13, ukázalo se, že u při nižším ΔK u ED vzorků se doba náběhu pohybuje do 200 μs a amplituda je v rozmezí 40 80 db. Zdrojem tohoto signálu je především pohyb dislokací, který souvisí plastickou deformací na čele trhliny a jejím růstem. Oproti tomu, při vyšším ΔK u ED vzorků a nezávisle na ΔK u TD vzorků je vyšší počet událostí s dobou náběhu nad 200 μs a amplituda je v rozmezí 45 75 db. Tento typ signálu je typický pro dvojčatění. [43] 14 Obr. 13 Kumulativní počet countů AE pro události AE s rychlostí náběhu (RT) nad a pod 200 µs ku počtu cyklů. [43]

Shrnutí současného stavu poznání Akustickou emisi pro studii únavového lomu ve své práci používá také V.R.Skal s kyi et. al. Konkrétně se zaměřil na fázi iniciace únavové trhliny u tepelně vytvrzené hliníkové slitiny 1201-T. [44] Mikrostruktura takto tepelně zpracované slitiny se vyznačuje vměstky Al2Cu a sekundární fází Al12Mn2Cu rovnoměrně rozmístěnou v zrnech, ale i vyloučenou na hranicích zrn, což má vliv na její únavové vlastnosti. Fraktografie potvrdila, že mechanismus lomu je křehký [44]. Počáteční fáze porušování se vyznačuje malým množstvím událostí AE, které jsou rozděleny do skupin (obr. 14a). Tento typ signálu je charakteristický pro fázi iniciace trhliny s vytvářením nových povrchů. Počet těchto událostí roste s rostoucím poškozením. Při přechodu ke stabilnímu šíření trhliny amplituda signálu a počet událostí AE prudce narůstá (obr. 14b). [44] a) b) Obr. 14 Průběh signálu AE ve fázi iniciace trhliny (a) a při přechodu do fáze stabilního šíření trhliny (b). [44] A. Shanyavskiy a M. Banov se ve práci také věnují identifikaci vzniku únavové trhliny. Používají diagnostiku únavového poškození materiálu pomocí akustické emise nejen při namáhání laboratorních vzorků, ale také při namáhání lopatek turbíny vyrobených z niklové slitiny. Pro zjištění přítomnosti únavové trhliny při různých režimech únavového poškozování používají kritérium α. [45] Závislost počtu countů AE a počtu cyklů zatěžování lze dobře aproximovat přímkou, pokud dojde k iniciaci trhliny, počet countů a směr této přímky se změní. Úhel těchto dvou přímek se označuje jako α (obr. 15a). [45] Vzorky byly namáhány střídavě tlakem a tahem a při tom byla monitorována odezva AE. Jakmile došlu k výraznému nárůstu aktivity AE, zkouška byla zastavena. Poté byl vzorek dolomen a podroben fraktografické analýze, která ukázala, že počet úhlů α odpovídá počtu iniciovaných trhlin (obr. 15). [45] 15

Shrnutí současného stavu poznání a) b) Obr. 15 Závislost počtu countů AE a počtu zátěžných cyklů s vyznačenými úhly α (a) a zlomená lopatka (b) (šipky označují místa iniciace trhlin). [45] Diagnostikou únavového poškozování se zabývá také pracovníci Ústavu konstruování, Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Ve svých pracích z minulého roku [47,48] se zabývají vysokocyklovou únavou materiálu v ohybu se zaměřením na Cr-Ni-Mo-V ocel, která se používá pro výrobu tlakových nádob. V signálu AE lze opět pozorovat 3 stádia únavového procesu. Oproti výše popsaným pracím navíc používají lokalizaci zdroje signálu AE (obr. 16), díky které lze vyloučit irelevantní signály a zaměřit se na ty relevantní. V praxi lze použitou metodologii aplikovat při provozních zkouškách při hledání trhlin. [48] Obr. 16 Lokalizace zdroje signálu AE. [48] 16

Analýza, interpretace a zhodnocení poznatků na základe kritické rešerše 6 ANALÝZA, INTERPRETACE A ZHODNOCENÍ POZNATKŮ NA ZÁKLADĚ KRITICKÉ REŠERŠE Z výše uvedeného vyplývá, že většina prací byla zaměřena na biokompatibilní slitinu titanu Ti-6Al-4V. Výzkumy [5-8] se zaměřovali především na zdokonalování samotné SLM technologie a optimalizaci výrobních parametrů s cílem získat srovnatelné, nebo lepší vlastnosti, než jaké jsou běžné u konvenčně vyráběných materiálů. V práci [5] autoři studují možnosti snížení zbytkových napětí v SLM materiálu pomocí předehřátí základní desky či následným tepelným zpracováním. Avšak práce [6-8] se zabývají přímým vlivem nastavení parametrů tisku, jako jsou například rychlost skenování, výkon laseru, řádkování či hustota energie, na výsledné vlastnosti materiálu. Tyto sledované vlastnosti jsou: relativní hustota [6,8], mez pevnosti v tahu [6,8], korozivzdornost [8] a únavová životnost [7]. Ze závěrů prací [5-7] lze usoudit, že pro slitinu Ti-6Al-4V jsou výrobní parametry zcela optimalizovány a není zde velký prostor pro další výzkum. Podobnou optimalizaci je nutné realizovat pro všechny nové materiály, které se rozhodneme vyrábět technologií SLM a mezi něž patří i hliníkové slitiny. Únavovou živostností SLM materiálu se zabývá jen málo prací, z nichž se většina je zaměřena opět na slitinu Ti-6Al-4V [7,35,36] a na únavu typu tah-tlak, nikoli v ohybu. Aktuálně byla dostupná pouze jedna práce [37], která studuje únavovou živostnost slitiny hliníku vyrobené technologií SLM, konkrétně jde o slitinu AlSi10Mg. Všechny práce se shodně zabývají vlivem různých výrobních parametrů a z jejich závěrů vyplývá, že kromě výše popsaných parametrů má na vlastnosti výsledného materiálu výrazný vliv také orientace tisku. Autoři shodně používají fraktografickou analýzu pro určení místa iniciace trhliny, avšak hlouběji se nezabývají mechanismem lomu a šířením trhlin. To by pomohlo dále optimalizovat SLM proces a rozšířit možnosti praktických aplikací SLM materiálů. Práce [41-48] ukazují, že pro analýzu mechanismů únavového poškození lze použít metodu AE. Lze určit nejen různá stádia šíření trhliny, ale také identifikovat a popsat strukturní změny, ke kterým v materiálu dochází během šíření trhliny. Je s podivem, že dosud nebyla publikována žádná práce, která by se zabývala analýzou únavového poškození SLM materiálu metodou AE. Předmětem budoucích výzkumů nejen pro technologii SLM, ale obecně všech technologií rapid prototyping, bude snaha o co největší rozšíření vyráběného sortimentu. Budou se dále optimalizovat výrobní parametry pro dnes konvenčně vyráběné materiály a také bude probíhat vývoj úplně nových materiálů, které budou určeny pouze pro tento typ výroby. 17

Vědecké otázky a pracovní hypotézy 7 PODSTATA A CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE Cílem disertační práce bude identifikovat a popsat strukturní změny v cyklicky zatěžovaných materiálech vyrobených technologií SLM za použití akustické emise a popsat jejich vliv na únavové vlastnosti. Výsledky budou porovnány s konvenčně vyráběným materiálem. Testovány budou vzorky z několika výrobních sérií, u kterých budou použity různé parametry tisku. Na základě výsledků bude stanoveno, který procesní parametr má nejvýznamnější vliv na únavovou pevnost vyráběného materiálu. Následně budou stanoveny nejvhodnější parametry pro výrobu cyklicky namáhaných součástí z daného materiálu. Výchozím materiálem pro testování je hliníková slitina AlCu2Mg1,5Ni, jejíž zkoušení již probíhá v rámci projektu GAČR. Vytvořená metodologie zkoušení pak bude použita pro testování hliníkové slitiny AlSi10Mg, která je běžně používána pro odlévání. Vzhledem k odlišné struktuře materiálu a značnému množství strukturních diskontinuit předpokládám odlišný průběh poškození a tím pádem i odlišnou odezvu akustické v signálu akustické emise. Získaná data mohou být využita při testování cyklicky namáhaných dílů v praktických aplikacích a umožní zrychlit samotné zkoušení materiálu, také budou sloužit k rozšíření celostátní databáze odezev AE, která obsahuje záznamy z různých materiálů. Výsledky měření budou porovnány s dalšími dostupnými SLM materiály, tím získáme nové informace o jejich vlastnostech a také o odezvě akustické emise, což umožní další zlepšování jejich kvality a technologie SLM. 18

Vědecké otázky a pracovní hypotézy 8 VĚDECKÉ OTÁZKY A PRACOVNÍ HYPOTÉZY 8.1 Vědecké otázky Jaké strukturní změny nastávají v SLM materiálech během cyklického zatěžování? Jsou únavové vlastnosti SLM materiálu srovnatelné s konvenčně vyráběným materiálem a na jakou kvalitativní úroveň se lze dostat? Který typ vady má největší vliv na únavovou životnost materiálu? Jaké procesní parametry mají vliv na vznik konkrétních typů vad a tím pádem i na únavovou pevnost materiálu? Jakým způsobem se trhliny šíří? Jaká je odezva akustické emise během cyklického zatěžování těchto materiálu? Jak se signál akustické emise liší od signálu získaného z konvenčního materiálu? Který parametr akustické emise má nejvyšší vypovídající hodnotu o únavovém chování SLM materiálů? 8.2 Pracovní hypotézy Vnitřní struktura SLM materiálu se od konvenčně vyráběného materiálu značně liší. Nachází se zde vady typické pro tento způsob výroby, jako jsou staženiny, trhliny, studené spoje či porozita a v nich neroztavené částice prášku. Tyto vady mají výrazný vliv na únavové vlastnosti materiálu. Předpokládám, že trhliny budou iniciovat vady nacházející se blíže k povrchu. Předběžný výzkum ukázal, že při cyklickém namáhání standartního materiálu dochází k pohybu dislokací, který souvisí s plastickou deformací na čele trhliny a jejím růstem. U porézního SLM materiálu se budou trhliny šířit propojováním jednotlivých vad. a) b) Obr. 17 Srovnání lomové plochy konvenčně vyráběného a SLM materiálu. Otázkou zůstává, který typ vady bude mít největší vliv na únavovou životnost materiálu. Teoreticky by vady s hladším povrchem, jako jsou póry či bubliny měly být stabilnější než vady s členitým povrchem, jako jsou staženiny či trhliny. 19

Vědecké otázky a pracovní hypotézy Akustická emise odráží strukturní změny v materiálu, které nastávají během jeho cyklického zatěžování. Pokud se struktura SLM materiálu výrazně liší od struktury litého materiálu, pak se bude lišit i odezva akustické emise. Pokud bude v materiálu velké množství vad, pak bude akustická emise bouřlivější, což bude značit velké množství strukturních změn uvnitř materiálu. Délka jednotlivých únavových fází se také bude lišit. 20

Způsob řešení a použité vědecké metody 9 ZPŮSOB ŘEŠENÍ A POUŽITÉ VĚDECKÉ METODY 9.1 Stanovení optimálních výrobních parametrů laseru s průběžným zkoušením materiálu. Pro výrobu vzorků bude použit přístroj SLM 280HL. Na kvalitu materiálu mají největší vliv tyto procesní parametry [4]: vlastnosti laserového paprsku (např. energie laseru, průměr paprsku, ) vlastnosti kovového prášku (např. zrnitost, tvar zrn, granulometrie, tloušťka přidávaných vrstev, ) parametry skenování (rychlost, směr, řádkování) Budou zvažovány a následně zkoušeny různé kombinace výše popsaných parametrů výroby. 9.2 Analýza vyrobených vzorků a stanovení nejlepších parametrů SLM Kvalita SLM vzorků bude srovnávána s konvenčně vyrobeným materiálem pomoc těchto parametrů: vnitřní porózita a hustota vzorků (pomocí µct) mechanické vlastnosti (pevnost v tahu, tvrdost, ) mikrostruktura Na základě dosažených výsledků budou stanoveny optimální výrobní parametry, se kterými budou vyrobeny sady vzorků pro hlubší analýzu únavového poškození materiálu. 9.3 Analýza únavového poškození Hlavní část disertační práce se bude zabývat vysokocyklovou únavou v ohybu SLM materiálu. Po ukončení mechanických zkoušek bude provedena fraktografická analýza. Pozornost bude zaměřena především na stanovení mechanismů porušení a vliv vnitřních vad a strukturních nehomogenit, jako jsou póry či dutiny, které jsou spojeny s technologií SLM. Tvrdost materiálu bude testována jak před, tak i po tepelném zpracování vzorků. Na základě těchto zkoušek bude vytvořena zpětná vazba pro optimalizaci výrobních parametrů SLM. 9.3.1 Zkušební zařízení pro únavové zkoušky Vysokocyklové únavové zkoušky budou prováděny pomocí pulsátoru RUMUL Cracktronic 8204, který pracuje v oblasti zatěžování plochým ohybem s frekvencí zatěžování v rozmezí 50 120 Hz. 21

Způsob řešení a použité vědecké metody Vzorek je namáhán na ohyb tak, že jeden jeho konec je upnut v pevných čelistech a druhý v pohyblivých. Pohyblivá čelist je připojena k ocelovému tělesu, které je rozkmitáno pomocí elektromagnetu. V pevné čelisti je dynamometr, který snímá zatížení. Charakteristiky pulsátoru [32]: dynamický moment: max. 160 Nm (+/- 80 Nm) statický moment: max. 100 Nm oscilační úhel pohyblivé čelisti: 2º (+/- 1 º) frekvence: max. 250 Hz maximální rozměry zkušebního tělesa: (24x12x120) mm Rp0,2 [MPa] Rm [MPa] E [GPa] A [%] Z [%] 192,5 211 61 0,6 1,4 Obr. 18 Pulsátor RUMUL Cracktronic Pro nastavení parametrů zatěžování bude použit program Fatigue, který je součástí zařízení RUMUL. Tento program také zaznamenává počet cyklů, rezonanční frekvence a výkon zařízení. Obr. 19 Uživatelské rozhraní programu Fatigue 22

Způsob řešení a použité vědecké metody 9.3.2 Akustická emise K analýze procesu vzniku a šíření trhlin bude použita metoda akustické emise (AE), která je moderním prostředkem pro vyhodnocování únavového chování on-line, bez nutnosti zkoušku přerušovat. Na základě výsledků budou stanoveny modely procesů, které se podílejí na akumulaci poškození materiálu. Bude vyhodnocen jejich vliv na lokalizaci poškození a následný přechod v únavové trhliny. AE umožní co nejpřesněji určit začátek šíření únavových trhlin. Budou vybrány vhodné parametry pro další sledování a detailnější analýzu. Pro měření a záznam signálu AE bude použita sestava XEDO-IPL, která byla pořízena v rámci projektu NETME Centre, snímače IDK-09 a Software Daemon od firmy ZD Rpety Dakel. Měřící jednotka: Diagnostický systém XEDO lze použít pro měření a hodnocení různých fyzikálních veličin, tedy i signálů AE, lokalizaci zdrojů AE a digitální záznam signálů AE. Měřicí jednotky pro různé veličiny jsou sdružovány do tzv. boxů, ty jsou spolu s komunikačními jednotkami přivedeny na sběrnici zařízení. Komunikaci s libovolným množstvím počítačů zajišťuje rozhraní ethernet 10Base2. [33] Analogový signál je ze snímače a předzesilovače veden do jednotky kde je filtrován a zesílen nastavitelným zesílením. Vstupuje do A/D převodníku a dále je zpracováván jako digitální pomocí softwarového vybavení. [33] Nové zařízení IPL umožňuje kontinuální a detailnější záznam signálu AE, což umožní i detailnější analýzu průběhu poškozování. Tento záznam je však náročný na zpracování a vyhodnocení (rychlost ukládání dat je asi 63 GB/hod), proto ho budeme používat ve spojení se systémem XEDO. Pokud systém XEDO zaznamená na předem zvoleném parametru danou odchylku (alarm-podmínka) vyšle signál, který aktivuje ukládání v systému IPL. Díky tomu se budu moci zaměřit na relevantní v únavovém procesu. 23

Způsob řešení a použité vědecké metody Obr. 20 Diagnostická sestava XEDO-IPL Snímače: Pro dané měření budou použity snímače typu IDK 09, které jsou vhodné především díky malým rozměrům. Pouzdra snímačů jsou z nerezové oceli a dotyková plocha je korundová, díky čemuž je velmi odolná proti opotřebení a snímač tak má dlouhou životnost. Lze ho používat v rozmezí teplot (-20 95) C. [34] Dva snímače budou připevněny na obou koncích vzorku pomocí lepidla Loctite a jeden kontrolní snímač bude připevněn na zkušebním zařízení jako kontrolní. To umožní lokalizovat zdroje událostí AE, které odrážejí strukturní změny v materiálu. Obr. 21 Snímače typu IDK 09 [34] Software: Pro ovládání měřící jednotky a záznam a zpracování signálu akustické emise bude použit program Daemon. 24

Způsob řešení a použité vědecké metody 9.3.3 Vyhodnocování dat akustické emise V první fázi budou data vyhodnocována pomocí softwaru, který je standardně dodáván k měřícímu zařízení. Záznam akustické emise bude vyhodnocován pomocí programu DeaShow (pro systém XEDO) a Dakel UI (pro systém IPL). Tato data budou dána do souvislosti s daty získanými z programu Fatigue, který je dodáván ke zkušebnímu zařízení pro únavu RUMUL, a s fraktografickou analýzou. Takto získáme základní představu o aktivitě a změnách v signálu AE během zatěžování. Sledované parametry signálu AE budou především frekvenční spektrum (systém IPL), energie a celková aktivita signálu (systém XEDO a IPL). Obr. 22 Charakteristika nespojitého signálu AE (Legenda: 1 doba náběhu, 2 maximální amplituda, 3 práh detekce, 4 čas, 5 trvání signálu, 6 počet překmitů, 7 napětí, 8 první překročení práhu) [46] Na základě výše popsaných získaných dat ze standardních výstupů budou vybrány úseky signálu AE k podrobnější analýze, která bude provedena pomocí programu Matlab. Budou vybrány především ty úseky, kde dochází k prudkým a výrazným změnám v signálu AE, dále budeme vycházet z předešlých zkoušek únavy v ohybu pro nerezové oceli, které byly také vyhodnocovány metodou AE a jsou zaneseny v databázi signálů AE. Na vybraných úsecích signálu budou sledovány parametry události AE, které jsou popsány na obr. 22. 25

Časový rozvrh a etapy řešení 10 ČASOVÝ ROZVRH A ETAPY ŘEŠENÍ Tab. 2 Časový rozvrh 26

Spolupráce s jinými institucemi 11 ODŮVODNĚNÍ NUTNOSTI A POTŘEBNOSTI ŘEŠENÍ DANÉ PROBLEMATIKY V DANÉM ČASE Jak již bylo řečeno výše, technologie 3D tisku jsou v poslední době jednou z nejprogresivnějších výrobních metod a je jim tedy věnována velká pozornost. Limity technologie SLM jsou především v používaných materiálech, kdy u většiny kovových materiálů zatím nedosahujeme stejné kvality jako při běžné výrobě. Další výzkum zaměřený na vlastnosti těchto materiálů rozšíří škálu takto vyráběných materiálů. V kapitole číslo 6 (Analýza, interpretace a zhodnocení poznatků na základě kritické rešerše) již bylo řečeno, že dosavadní výzkum byl zaměřen na biokompatibilní materiály. Hliníkové slitiny běžně používané pro strojní součásti, byly dosud opomíjeny. Navíc bylo napsáno jen velmi málo prací, které by se zabývaly únavovým poškozováním SLM materiálů a všechny tyto práce jsou zaměřeny na únavu typu tahtlak a nikoli na únavu v ohybu, která je v praxi běžnější. Nejde pouze o to získat stejnou nebo lepší kvalitu SLM materiálu, než na jaká je běžná, ale stabilizovat proces výroby a garantovat stálé hodnoty meze únavy v ohybu. Pokud budou konstruktéři znát zaručené hodnoty mechanických vlastností těchto materiálů, budou moci rozšířit jejich použití v technické praxi. S aplikací SLM materiálů také přichází potřeba jejich efektivní kontroly. Jako jedna z výhodných možností se nabízí nedestruktivní testování pomocí metody AE, která umožňuje kontrolu namáhaných dílů on-line během provozu, čímž lze předcházet poruchám či haváriím. Protože každý materiál má odlišnou odezvu AE, je před aplikací této zkoušky do praxe potřeba získat dostatečnou databázi signálů a stanovit jednotnou metodologii pro tato měření. 27

Odůvodnění nutnosti a potřebnosti řešení dané problematiky v daném čase 12 SPOLUPRÁCE S JINÝMI INSTITUCEMI Pro úspěšné dokončení disertační práce bude nutné spolupracovat také s dalšími odbory a ústavy na Fakultě strojního inženýrství VUT v Brně. Odbor reverzního a inženýrství a aditivních technologií Výroba vzorků bude probíhat ve spolupráci s odborem Reverzního inženýrství a aditivních technologií na Ústavu konstruování. Zde je k dispozici výrobní stroj SLM 280HL. Velikost výrobní komory je 280 x 280 x 350 mm. Výroba probíhá v inertní atmosféře, která je tvořena dusíkem nebo argonem, což zabraňuje oxidaci materiálu během výroby. Laboratoř je dostatečně vybavena pro zpracování různých druhů materiálu (hliník, titan či ocel). Pomocí softwarového vybavení stroje lze pracovat s různými výrobními parametry a podmínkami, což umožní zpracovat různé typy materiálů a sledovat vliv těchto podmínek na kvalitu výsledného produktu. Pro získání požadovaného tvaru (obr. 23), budou zkušební vzorky obráběny v dílně UK. Obr. 23 Geometrie vzorku pro zkoušku únavy Laboratoř µct Pro určení vnitřní hustoty a porózity materiálu bude použito µct. Snímky budou získávány ve spolupráci s Laboratoří laserové spektroskopie, která patří mezi pracoviště Ústavu fyzikálního inženýrství na FSI VUT v Brně. Zde je k dispozici přístroj µct GE v tome x L 240. Ústav materiálových věd a inženýrství Ve spolupráci s Ústavem materiálových věd a inženýrství (UMVI) na FSI VUT v Brně budou prováděny metalografické a fraktografické analýzy mikrostruktury a mechanické zkoušky (tažnost, tvrdost). 28

Spolupráce s jinými institucemi ZD Rpety Dakel Při měření a vyhodnocování signálu AE a zařazení získaných dat do celostátní databáze budu spolupracovat s firmou ZD Rpety Dakel, která se již od roku 1989 zabývá vývojem a výrobou diagnostických systému na principu AE. 29

Odůvodnění nutnosti a potřebnosti řešení dané problematiky v daném čase 13 PŘEDPOKLÁDANÉ NÁKLADY SPOJENÉ S ŘEŠENÍM A JEJICH ZDROJE 13.1 Materiální náklady Práškový materiál pro tisk bude nakupován od německého dodavatele, který je schopen zajistit jeho požadovanou kvalitu a složení. Cena tohoto materiálu se pohybuje v rozmezí 60-70 EUR za kilogram, tj. asi 1620-1890 Kč (při kurzu 27 Kč/EUR). Pro dostatečné zaplnění stavěcí komory a efektivní provoz je třeba minimálně 40 kg kovového prášku (pokud jde o hliníkové slitiny), tj. asi 72 000 Kč. Spotřební díly SLM technologie (filtry, silikonové stěrky, čistící prostředky, ) asi 10 000 Kč. Speciální snímače akustické emise pro diagnostiku 2 ks po 18 000 Kč. Ostatní spotřební materiál (chemikálie, technické plyny, maziva, ) asi 25 000 Kč. Spotřební materiál pro metalografickou přípravu vzorků a strukturní analýzu asi 26 000 Kč. Spotřební materiál pro elektronovou mikroskopii asi 30 000 Kč. Hutní materiál pro výrobu referenčních vzorků a drobné vybavení laboratoře asi 8 000 Kč. Drobné laboratorní potřeby (podpůrná konstrukce pro měření, drobné laboratorní pomůcky atd.) pro μct měření asi 21 000 Kč. Celkové materiálové náklady činí asi 210 000 Kč. 13.2 Cestovní náklady Cestovní náklady budou spojeny především s cestováním na mezinárodní vědecké konference, kde budou prezentovány dosažené dílčí a později i celkové výsledky. Celková odhadovaná částka (doprava, účastnické poplatky, ubytování, diety) činí asi 30 000 Kč. 13.3 Náklady na ostatní služby Náklady spojené s použitím přístroje SLM 280HL a výrobou vzorků (údržba, servis, mzdy pracovníků, ) 50 000 Kč. Služby laboratoře µct asi 50 000 Kč. Služby laboratoří UMVI (metalografická laboratoř, elektronová mikroskopie, mechanická laboratoř) asi 70 000 Kč. 13.4 Zdroje nákladů Disertační práce bude řešena v rámci již probíhajícího projektu GA ČR - Vývoj pokročilých materiálů s využitím metody laserového spékaní, z toho projektu budou tedy financovány veškeré potřebné náklady. 30

Charakteristika přepokládaného výsledku řešení disertační práce 14 CHARAKTERISTIKA PŘEDPOKLÁDANÉHO VÝSLEDKU ŘEŠENÍ DISERTAČNÍ PRÁCE Výsledky budou průběžně zveřejňovány a diskutovány na tuzemských i mezinárodních konferencích. Pro zveřejnění výsledků jsou zvažovány tyto impaktované časopisy: Journal of Alloys and Compounds, Materials and Design, Rapid Prototyping Journal, Journal of Materials Processing Technology or Materials Letters, Materials Sciences and Engineering, Materials Characterization, Int. Journal of Fatigue, Insight, Metallic Materials, atd. Tab. 3 Očekávané výsledky Typ výsledku Počet výsledků Jimp Článek v impaktovaném časopise 1 JSC Článek v databázi Scopus 4 D Články ve sbornících z konferencí 4 31

Životopis 15 ŽIVOTOPIS 15.1 Informace o současném doktorském studiu Škola: Vysoké učení technické v Brně Fakulta: Fakulta strojního inženýrství, Ústav konstruování Název programu: Stroje a zařízení Obor: Konstrukční a procesní inženýrství Forma studia: Prezenční studium Téma dizertační práce: Identifikace únavového poškození SLM materiálů pomocí metod NDT Datum zahájení studia: 1.9.2015 15.2 Dosažené vzdělání 2012 2014: Magisterské studium, VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav strojírenské technologie, obor Slévárenská technologie, studium ukončeno s vyznamenáním (Téma závěrečné práce: Výzkum fázového rozhraní zrno - geopolymerní pojivo u křemenných i nekřemenných ostřiv) 2009 2012: Bakalářské studium, VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, obor Strojní inženýrství (Téma závěrečné práce: Moderní trendy a postupy v prozařovacích metodách v defektoskopii) 15.3 Pracovní zkušenosti 2015: Feramo Metallum International s.r.o. Industrialization Engineer (Zodpovědnost za zavádění nových produktů do výroby ve spolupráci s vývojovým oddělením.) 2014: Feramo Metallum International s.r.o. Inženýr kvality (Řešení zákaznických reklamací, zlepšování výrobního procesu a kvality dílů.) 2013: Spolupráce na školním projektu optimalizace směsi pro výrobu forem a jader metodu Shaw (Výroba vzorků a zkoušení pevnosti formovací směsi.) 32

Bibliografie 16 BIBLIOGRAFIE [1] 3D tisk-metody. 14220.cz [online]. 2013 [cit. 2016-02-29]. Dostupné z: http://www.14220.cz/technologie/3d-tisk-metody/ [2] 3D tisk-aplikace. 14220.cz [online]. 2013 [cit. 2016-02-29]. Dostupné z: http://www.14220.cz/technologie/3d-tisk-aplikace/ [3] 3D Printing Processes: The Free Beginner s Guide. 3D Printing Industry [online]. 2013 [cit. 2016-02-29]. Dostupné z: http://3dprintingindustry.com/3d-printing-basics-free-beginnersguide/processes/ [4] KRUTH, J P., P. MERCELIS, J. VAN VAERENBERGH, L. FROYEN a M. ROMBOUTS. Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting. Rapid Prototyping Journal. 2005, 11(1), 26-36. DOI: 10.1108/13552540510573365. ISSN 1355-2546. Dostupné také z: http://www.emeraldinsight.com/doi/abs/10.1108/13552540510573365 [5] MERCELIS, Peter a Jean Pierre KRUTH. Residual stresses in selective laser sintering and selective laser melting. Rapid Prototyping Journal. 2006, 12(5), 254-265. DOI: 10.1108/13552540610707013. ISSN 1355-2546. Dostupné také z: http://www.emeraldinsight.com/doi/abs/10.1108/13552540610707013 [6] VANDENBROUCKE, Ben a Jean Pierre KRUTH. Selective laser melting of biocompatible metals for rapid manufacturing of medical parts. Rapid Prototyping Journal. 2007, 13(4), 196-203. DOI: 10.1108/13552540710776142. ISSN 1355-2546. Dostupné také z: http://www.emeraldinsight.com/doi/abs/10.1108/13552540710776142 [7] LIU, Qianchu, Joe ELAMBASSERIL, Shoujin SUN, Martin LEARY, Milan BRANDT a Peter Khan SHARP. The Effect of Manufacturing Defects on The Fatigue Behaviour of Ti-6Al-4V Specimens Fabricated Using Selective Laser Melting. In:11TH INTERNATIONAL FATIGUE CONGRESS, PTS 1 AND 2. Melbourne, AUSTRALIA, 2014, s. 1519-1524. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.891-892.1524. [8] SONG, Bo, Shujuan DONG, Sihao DENG, Hanlin LIAO a Christian CODDET. Microstructure and tensile properties of iron parts fabricated by selective laser melting. Optics. 2014, 56, 451-460. DOI: 10.1016/j.optlastec.2013.09.017. ISSN 00303992. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/s0030399213003423 [9] YASA, Evren, Jan DECKERS a Jean Pierre KRUTH. The investigation of the influence of laser re melting on density, surface quality and microstructure of selective laser melting parts. Rapid Prototyping Journal. 2011-08-02, vol. 17, issue 5, s. 312-327. DOI: 10.1108/13552541111156450. Dostupné z: http://www.emeraldinsight.com/doi/abs/10.1108/13552541111156450 [10] PAULY S, Löber L, Petters R, Stoica M, Scudino S, Kühn U, Eckert J, Processing metallic glasses by selective laser melting. Materials Today 2013; 16:37-41. [11] TSOPANOS S, Mines RAW, McKown S, Shen Y, Cantwell WJ, Brooks W, et al. The influence of processing parameters on the mechanical properties of selectively laser melted stainless steel microlattice structures. J Manuf Sci Eng 2010; 132:041011. 33

Bibliografie [12] LABEAS G, Sunaric M. Investigation on the static response and failure process of metallic open cellular structures. Strain 2010; 46:195 204. [13] CANSIZOGLU O, Harrysson O, Cormier D, West H, Mahale T. Properties of Ti 6Al 4V non-stochastic lattice structures fabricated via electron beam melting. Mater Sci Eng A 2008;492:468 74. [14] YAN Ch, Hao L, Hussein A, Raymont D, Evaluations of cellular lattice structures manufactured using selective laser melting, Int J Machine Tools Manuf 2012; 62:32-38. [15] WILLIAMS C, Cochran J, Rosen D, Additive manufacturing of metallic cellular materials via threedimensional printing. Int J Adv Manuf Tech, Springer-Verlag, London, 2010. [16] REINHART G, Teufelhart S, Load-Adapted Design of Generative Manufactured Lattice Structures, Physics Procedia 2011; 12:385-392. [17] BRANDL E, Heckenberger U, Holzinger V, Buchbinder D, Additive manufactured AlSi10Mg samples using Selective Laser Melting (SLM): Microstructure, high cycle fatigue, and fracture behavior. Materials Design, 2012; 34:159-169. [18] BUCHBINDER D, Schleifenbaum H, Heidrich S, Meiners W, Bültmann J, High power Selective Laser Melting (HP SLM) of aluminum parts. Physics Procedia 2011; 12:271-278. [19] JERRARD PGE, Hao L, Dadbakhsh S, Evans KE, Consolidation behaviour and microstructural characteristics of Al and a mixture of Al-Cu alloy powders following selective laser melting processing. Lasers in Engineering 2011; 22:371-381. [20] LOUVIS E, Fox P, Sutcliffe CJ, Selective laser melting of aluminium components. J Mat Proc Tech 2011; 211:275-284. [21] OLAKANMI EO, Cochrane RF, Dalgarno KW Densification mechanism and microstructural evolution in selective laser sintering of Al-12Si powders. J Mat Proc Tech 2011; 211:113-121. [22] VRANCKEN, Bey, Victoria CAIN, Rob KNUTSEN a Jan VAN HUMBEECK. Residual stress via the contour method in compact tension specimens produced via selective laser melting. Scripta Materialia. 2014, vol. 87, s. 29-32. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2014.05.016. [23] ZAEH, Michael F. a Gregor BRANNER. Investigations on residual stresses and deformations in selective laser melting. Production Engineering. vol. 4, issue 1, s. 35-45. DOI: 10.1007/s11740-009-0192-y. [24] KASPEROVICH, Galina a Joachim HAUSMANN. Improvement of fatigue resistance and ductility of TiAl6V4 processed by selective laser melting. Journal of Materials Processing Technology. 2015, vol. 220, s. 202-214. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2015.01.025. Dostupné z: <http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/s0924013615000278>. [25] SUN, Shaobo, Lijing ZHENG, Yingying LIU, Jinhui LIU a Hu ZHANG. Selective laser melting of Al-Fe-V-Si heat-resistant aluminum alloy powder: modeling and experiments. JOURNAL OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOMEDICAL MATERIALS. 2015, 51(51): 61-73. DOI: 10.1007/s00170-015-7137-8. ISBN 10.1007/s00170-015-7137-8. Dostupné také z: http://link.springer.com/10.1007/s00170-015-7137-8 34