Δημιουργία στρωματικών δομών με τεχνικές συγκόλλησης. Μηχανικές ιδιότητες

Τσάτσαρης, Αλέξανδρος

Elaboration of stratified structures with welding techniques. Mechanical properties

Διπλωματική εργασία

Author

Τσάτσαρης, Αλέξανδρος

Date

2023-07-28

Advisor

Μουρλάς, Αθανάσιος

Mech_18392099.pdf (5.397Mb)

Keywords

Προσθετική κατασκευή ; Τρισδιάστατη εκτύπωση ; WAAM ; Wire Arc Additive Manufacturing ; Additive manufacturing ; Μηχανικές ιδιότητες

Abstract

Οι τεχνολογίες προσθετικής κατασκευής έχουν πλέον εδραιωθεί στους περισσότερους βιομηχανικούς κλάδους και αποτελούν ένα μεγάλο κομμάτι αυτών, αφού αρκετές διαδικασίες και λειτουργίες που στηρίζονταν σε συμβατικά μηχανήματα (CNC), έχουν αντικατασταθεί από σύγχρονες εφαρμογές τρισδιάστατης εκτύπωσης. Με τον όρο Προσθετική κατασκευή (Additive Manufacturing-AM), αποτυπώνεται μια τεράστια ομάδα τεχνολογιών όπου έχουν ως βάση τους την κατασκευή με εναπόθεση υλικού, σε διάφορες δομές και συστάσεις. Μέσω της χρήσης αυτών των μοντέλων λειτουργίας, επιτυγχάνονται καλύτερης ποιότητας τελικά προϊόντα σε μικρότερο χρόνο και ελαχιστοποιημένη χρήση υλικού. Αυτό συνεπάγεται με την μείωση του συνολικού κόστους και την βελτιστοποίηση της όλης διαδικασίας. Συγκεκριμένα, η χρήση προσθετικής κατασκευής σε συνεργασία με τις τεχνικές συγκόλλησης, δηλαδή με τη χρήση μεταλλικού σύρματος (Wire Arc Additive Manufacturing-WAAM), είναι μια διαδικασία που πραγματοποιείται μέσω ενός σχεδιαστικού προγράμματος, ενός κατευθυνόμενου μηχανήματος (π.χ. ρομποτικός βραχίονας) και της μηχανής συγκόλλησης (μηχανή εναπόθεσης υλικού). Με αυτόν τον τρόπο, γίνεται η τρισδιάστατη εκτύπωση, με σκοπό τη δημιουργία οποιουδήποτε μεταλλικού αντικειμένου. Παράλληλα δίνεται η δυνατότητα ελέγχου της όλης διαδικασίας με βάση τα θερμικά φορτία που αναπτύσσονται, μέσω αντίστοιχων προγραμμάτων. Με βάση αυτό, κρίνεται αναγκαία η έρευνα πάνω σε αυτό το κομμάτι, αφού ιδιότητες του μετάλλου όπως οι μηχανικές, καθιστούν καλύτερη ή χειρότερη την τελική ποιότητα του τελικού αντικειμένου. Με αυτόν τον τρόπο πραγματοποιείται η θεωρητική και πειραματική έρευνα της εργασίας πάνω στις τελικές ιδιότητες του μεταλλικού προϊόντος που θα αναπαραχθεί μέσω των τεχνικών συγκόλλησης, σε συνδυασμό με τα αντίστοιχα θερμικά φορτία που προκαλούνται κατά την κατασκευή. Για την ανάπτυξη της πειραματικής διαδικασίας θα χρησιμοποιηθεί σύρμα συγκόλλησης με προσθήκη καρβιδίων τιτανίου (TiC). Οι ιδιότητες και η δομή του συγκεκριμένου σύρματος είναι αρκετά καλές για τη κατασκευή αντικειμένων με μεγάλη αντίσταση σε φθορά, έτσι η μελέτη πάνω στο συγκεκριμένο σύρμα είναι απαραίτητη. Εφόσον είναι ικανό να ανταπεξέλθει σε διαδικασίες και λειτουργίες όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση, θα αποτελέσει κίνητρο για περαιτέρω μελέτη αλλά και ανάπτυξη διαδικασιών για ένταξη τέτοιων τεχνολογιών σε περισσότερους βιομηχανικούς τομείς για κατά παραγγελία ζήτηση, αλλά και σε μονάδες παραγωγής.

Abstract

Additive manufacturing technologies are now established in most industrial sectors and constitute a large part of them, since several processes and functions that relied on conventional machining and cutting (CNC) have been replaced by modern 3D printing applications. The term Additive manufacturing (AM) describes a huge group of technologies based on material deposition that corresponds to a large range of materials. Through the use of these operating models, better quality of the final products are observed in less total time, with minimized material usage. Specifically, the use of additive manufacturing with welding techniques, such as wire arc additive manufacturing (WAAM), is a process carried out through a design program, a guided machine (robotic arm) and the material deposition machine. With WAAM, 3D printing is done in order to create any metal product, plus at the same time the entire manufacturing process can be controlled based on the thermal loads that develop through corresponding programs. Based on this, research on this part is deemed necessary, since properties of the metal products such as mechanical properties, are a crucial factor for the final quality of the product. So, the theoretical and experimental research of the work is carried out on the final properties of the metal product that will be created in combination with the corresponding thermal loads caused during the procedure. For the development of this procedure welding wire with titanium carbides (TiC) will be used. The properties and structure of the wire are good enough for making objects with high wear resistance, which makes research necessary. Since it is capable of coping with processes and functions such as 3D printing, it will be an incentive for further study and development of procedures for the integration of this technologies in industrial sectors for on-demand and in production parts.