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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27986| Título: | Otimização de parâmetros do processo de manufatura aditiva por fusão em leito de pó a laser da liga AISI 316l com foco em produtividade e propriedades mecânicas |
| Título(s) alternativo(s): | Laser powder bed fusion parameter optimization of AISI 316l regarding productivity and mechanical properties |
| Autor(es): | Denardi, Bruna |
| Orientador(es): | Volpato, Neri |
| Palavras-chave: | Manufatura Aditiva Produtividade industrial Custo industrial Estudos de viabilidade Processos de fabricação Additive manufacturing Industrial productivity Costs, Industrial Feasibility studies Manufacturing processes |
| Data do documento: | 2-Dez-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | DENARDI, Bruna. Otimização de parâmetros do processo de manufatura aditiva por fusão em leito de pó a laser da liga AISI 316l com foco em produtividade e propriedades mecânicas. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
| Resumo: | Com o desenvolvimento e expansão da Manufatura Aditiva de materiais metálicos vê- se um crescente interesse em sua utilização para fabricar componentes de alta complexidade e exigência mecânica. Em particular, a tecnologia de Fusão em Leito de Pó a laser (L-PBF) se mostra bastante promissora nesse aspecto, devido à sua alta precisão e capacidade de entregar componentes de elevada qualidade. No entanto, para que essa tecnologia alcance todas as aplicações desejadas, ainda é necessário aprimorar seu desempenho produtivo e sua viabilidade econômica. Pesquisas evidenciaram o aumento do parâmetro espessura de camada como estratégia para melhoria de produtividade, muito embora poucos trabalhos tenham seguido abordagem sistemática, observando sua interação com os demais parâmetros e equilibrando a produtividade e as propriedades mecânicas. Atuando nesse sentido, esta pesquisa realizou experimentos com o material AISI 316L para delinear uma janela de processamento e definir conjuntos de parâmetros mais produtivos. Para tal, a metodologia iniciou com análise de linhas, e em seguida cubos, dos quais sua densidade relativa foi utilizada para criação de modelo matemático. O modelo indicou parâmetros otimizados, que seguiram para uma fabricação de validação. Um dos conjuntos de parâmetros otimizados foi selecionado para avaliação de propriedades mecânicas e comparado com amostras de referência e requisitos de norma. Análises em amostras fabricadas com esse conjunto otimizado revelaram microestrutura menos refinada que de amostras de referência, maior quantidade de defeitos e regiões frágeis. Apesar disso, apresentaram resultados de ensaio de tração que superaram requisitos de norma em quatro de cinco categorias, tal qual os resultados derivados do conjunto de referência. A análise de custo apresentou uma expressiva diferença, sendo a fabricação com o conjunto de parâmetros otimizado menos da metade do custo do conjunto de referência. A redução de custos se deu principalmente pela redução no tempo de fabricação, de aproximadamente 59%. Tal fato ocorreu em consequência de uma maior taxa de construção, decorrente da espessura de camada, que, para o caso do conjunto de parâmetros otimizado, foi 5 vezes maior que a do conjunto de referência. |
| Abstract: | As Additive Manufacturing of metals developed, attention was drawn to its capabilities to build complex and tenacious components. In this matter, the Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) technology has been largely viewed as promising, due to its high precision and ability to produce high quality parts. However, to fulfill its potential, LPBF has yet to enhance its productivity and lower its costs. Research has shown the positive impact of increasing layer thickness on productivity, although only a few works have optimized this parameter in a systematic approach, considering its interactions with other parameters and weighting productivity and mechanical properties simultaneously. In this path, this research did a series of experiments to identify a processing window for stainless steel AISI 316L and to develop a parameters’ set with improved productivity. The methodology used began with single tracks followed by cubes, which its relative density was used to create a regression model. The model indicated some optimized parameters, which were validated trough fabrication. One set of optimized parameters was then chosen for mechanical evaluation and compared to guide samples and standard requirements. The optimized set has shown a less refined microstructure than the guide samples, higher occurrence of defects and more fragile characteristics. Nevertheless, tensile results of optimized samples surpassed standard definitions in four out of five categories, as did the guide samples. For the analysis of machine cost per fabrication, the same build job was used to manufacture with the standard and the optimized set of parameters, and the results showed 56% cost reduction when utilizing the optimized parameters. This result is mainly attributed to the significantly processing time reduction of 59%, entailed by a higher productivity rate and a reduced coating time, that are directly affected by the 5x thicker layer of the optimized parameters set. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27986 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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