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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35559| Título: | Impacto da potência e da velocidade de varredura do laser na fabricação de estruturas de suporte em aço inoxidável 316L via fusão em leito de pó |
| Título(s) alternativo(s): | Impact of laser power and scanning speed on the manufacturing of support structures in 316L stainless steel via powder bed fusion |
| Autor(es): | Gallego, Dan Alexander |
| Orientador(es): | Volpato, Neri |
| Palavras-chave: | Manufatura aditiva Processos de fabricação Aço inoxidável Aço - Estruturas Fusão Estimativa de parâmetros Additive manufacturing Manufacturing processes Steel, Stainless Steel, Structural Fusion Parameter estimation |
| Data do documento: | 14-Dez-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | GALLEGO, Dan Alexander. Impacto da potência e da velocidade de varredura do laser na fabricação de estruturas de suporte em aço inoxidável 316L via fusão em leito de pó. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
| Resumo: | A Manufatura Aditiva (Additive Manufacturing – AM), ou ainda Impressão 3D, apresenta-se como um conjunto de técnicas de fabricação que vem desafiando limitações convencionais de produção e rompendo com o modo de como as peças para diversos setores da indústria são projetadas e concebidas. Dentre as várias categorias de AM, a Fusão em Leito de Pó a Laser (Laser Powder Bed Fusion – L-PBF) com foco em metais é uma das que mais se destaca, abrindo caminho para a execução de projeto de peças com geometrias anteriormente considerados inviáveis. Apesar dessa técnica oferecer diversas vantagens, superfícies em balanço (overhang surfaces) exigem o emprego de estruturas de suporte. Essas estruturas têm como função auxiliar a dissipação de calor, conferir estabilidade dimensional e reduzir tensões residuais geradas na peça que está sendo fabricada. Embora haja o reconhecimento de que elas são fundamentais para o sucesso da manufatura por L-PBF, as estruturas de suporte têm sido pouco estudadas pela comunidade científica. Diante desse cenário, o presente trabalho investigou o impacto dos parâmetros de processamento, especificamente potência (Č) e velocidade de varredura do laser (Ĭ), no dimensionamento e na resistência à tração de estruturas de suporte não-sólidas do tipo bloco fabricadas em aço inoxidável AISI 316L. Estudar como a velocidade de varredura e a potência do laser influenciam nas estruturas de suporte é crucial, uma vez que a combinação de parâmetros adequados podem aumentar a produtividade da fabricação, reduzir riscos e custos, mitigar o empenamento da peça fabricada e assegurar que o projeto das estruturas de suporte sejam devidamente reproduzidos ao longo da fabricação por L-PBF. O método apresentado é dividido em três etapas: (1) exploratória, (2) caracterização mecânica e (3) análise. Os resultados apontam que, à medida que se aumentam os níveis de Č, as estruturas de suporte tornam-se mais robustas e resistentes. Por outro lado, efeito contrário é observado com o incremento de Ĭ. Além disso, foram detectados defeitos nas interfaces entre a região de preenchimento e de suporte que foram fundamentais para a falha nos corpos de prova de ensaio de tração. Verificou-se que para uma espessura de camada de 60 µm, a maior resistência mecânica medida resultou em uma combinação de Č e Ĭ igual a 350 W e 1300 mm/s, respectivamente. |
| Abstract: | Additive Manufacturing (AM), also known as 3D printing, emerges as a set of manufacturing techniques challenging conventional production limitations and revolutionizing the way parts for various industrial sectors are designed and conceived. Among the various categories of AM, Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) focusing on metals stands out, paving the way for the execution of part designs with previously considered unfeasible geometries. Despite offering several advantages, overhang surfaces require the use of support structures. These structures aim to assist heat dissipation, provide dimensional stability, and reduce residual stresses generated in the part during processing. Although their role in the success of L-PBF manufacturing is acknowledged by the scientific community, support structures have remained relatively underexplored in the literature. In this context, the present work investigated the impact of processing parameters, specifically laser power (Č) and scanning speed (Ĭ), on the dimensioning and tensile strength of non-solid block-type support structures manufactured in AISI 316L stainless steel. Studying how scanning speed and laser power influence support structures is crucial since combining appropriate parameters can increase manufacturing productivity, reduce risks and costs, mitigate warping of the manufactured part, and ensure that the design of support structures is properly replicated throughout L-PBF manufacturing. The presented method is divided into three stages: (1) exploratory, (2) mechanical characterization, and (3) analysis. The results indicate that support structures become more robust and resistant as Č levels increase. On the other hand, the opposite effect is observed with an increase of Ĭ. In addition, defects were detected at the interfaces between the bulk and support regions, which were crucial for the failure of the tensile test specimens. For a layer thickness corresponding to 60 µm, it was verified that the combination of Č and Ĭ which resulted in the highest tensile resistance was 350 W and 1300 mm/s, respectively. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35559 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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