Los estudios de las tensiones residuales que se forman durante un proceso de fabricación aditiva (AM) han revelado que la orientación de construcción de la pieza que se produce tiene un impacto en la formación de tensiones adversas.

El desarrollo de una herramienta precisa y beneficiosa para evaluar cómo la geometría de la pieza compleja influye en el desarrollo de tensiones utilizando el método de fusión en lecho de polvo publicado en un estudio en Additive Manufacturing contribuirá al uso de la fabricación aditiva para la producción de piezas metálicas de forma precisa y precisa. manera predecible.

Como parte de una colaboración internacional liderada por la Universidad de Linköping en Suecia, los investigadores, que incluyó al Dr. Vladimir Luzin en ANSTO, concluyó que una selección cuidadosa de la orientación de impresión es importante y tuvo un impacto significativo en la magnitud de las tensiones residuales y, por lo tanto, la posible distorsión de la parte AM.

En general, un alto nivel de tensiones residuales de tracción puede provocar grietas durante la impresión, mientras que, al mismo tiempo, las tensiones pueden provocar deformaciones en la pieza.

Ambos dan como resultado que el material se deseche si la tolerancia / distorsión dimensional se ve comprometida o si se agrieta. Sin embargo, asumiendo algunas condiciones óptimas para una forma particular, se pueden eliminar todos los efectos sobre las distorsiones no deseadas.

Dado que la variedad de formas es enorme, una forma particular, Forma de L, fue elegido para estudiar los efectos de una orientación construida.

Se utilizaron tres enfoques experimentales para caracterizar las tensiones residuales en piezas en forma de L hechas de Inconel 781, un material que es importante en las industrias energética y aeroespacial porque tiene buenas propiedades mecánicas a alta temperatura.

Se utilizaron mediciones de difracción de rayos X para caracterizar las tensiones superficiales y las técnicas de escaneo láser midieron las distorsiones generales asociadas con la separación de las muestras de la placa base.

Sin embargo, La difracción de neutrones fue necesaria para medir el estrés residual en el interior de las muestras debido a la alta penetración de neutrones. El equipo de Linkoping Unverisity utilizó difracción de neutrones no destructiva en el escáner de deformación Kowari para medir y caracterizar las tensiones residuales dentro de la mayor parte de las muestras de superaleaciones a base de níquel para estudiar los efectos de la orientación de acumulación de AM de la muestra.

La pieza impresa en orientación horizontal mostró la menor cantidad de tensión en las tres direcciones, mostrando el camino para la optimización de la creación de formas en L genéricas.

Sin embargo, en todas las orientaciones, había una tendencia general a la tensión de compresión en el centro de la pieza. Se observó tensión residual de tracción cerca de la superficie en todas las muestras, que parece ser potencialmente problemático y debe abordarse.

"Existe un cierto efecto de la orientación de la acumulación en la formación de las tensiones residuales y, por lo tanto, sobre el rendimiento de las piezas AM, "dijo Prabhat Pant, un doctorado estudiante de la Universidad de Linkoping que fue apoyado por la Fundación Sueca para la Investigación Estratégica (SSF).

Su misión de entrenamiento, apoyado por la agencia, iba a realizar una investigación en el extranjero en preparación para la puesta en marcha prevista de la fuente europea de espalación, la fuente de neutrones más poderosa del mundo. Luzin de ACNS proporcionó la supervisión local en ANSTO.

"Ser capaz de predecir las áreas críticas donde ocurrirán para reducirlas es una ventaja de producción significativa, "dijo Pant.

"Aunque estas tensiones residuales se pueden modificar con técnicas de posprocesamiento, el papel de la tensión residual durante la acumulación es esencial para evitar la distorsión o el agrietamiento en cualquier momento durante el proceso de fabricación ".

La investigación incluyó el desarrollo de una técnica de simulación simplificada que utiliza el análisis de elementos finitos para predecir tensiones residuales basadas en la geometría de la pieza, cuales, cuando se verifica con resultados experimentales de neutrones, estaba en un buen acuerdo práctico.

Sin embargo, los investigadores notaron que había una interconexión compleja de las tensiones residuales en el estado de construcción de las piezas con la orientación de la pieza, y la geometría de la pieza construida.

"Comprendemos mejor cómo construir la orientación, la estructura de soporte y la concentración de tensiones contribuyen al desarrollo de tensiones residuales durante el proceso de fusión del lecho láser, "dijo Pant.