3D printing AM processes have advantages in complex shapes, customized fabrication and prototype development stage. However, due to various parameters based on both the machine and the material, the AM process can produce finished output after several trials and errors in the initial stage. As such, minimizing or optimizing negative factors for various parameters of the 3D printing AM process could be a solution to reduce the trial-and-error failures in the early stages of such an AM process. In addition, this can be largely solved through software simulation in the preprocessing process of 3D printing AM process. Therefore, the objective of this study was to investigate a simulation technology for the AM software, especially Ansys Inc. The metal 3D printing AM process, the AM process simulation software, and the AM process simulation processor were examined. Through this study, it will be helpful to understand 3D printing AM process and AM process simulation processor.
In the fourth industrial revolution, the demand for metal three-dimensional (3D) printing technology is rapidly increasing. Metal 3D printing is an efficient method for manufacturing products because the method reduces material waste compared to subtractive manufacturing. In addition, products with complex shapes, such as turbine blades, can be easily produced using metal 3D printing because the method offers a high degree of freedom. However, due to the long production time of metal 3D printing, mass production is impossible, and post-processing is necessary due to its low precision. Therefore, it is necessary to develop a new hybrid process that can efficiently process metals and to develop a metal 3D-printing-based hybrid processing system technology to secure high processing precision and manufacture complex shapes. In this study, the structural stability of a metal 3D printer based hybrid machining center was analyzed through structural analysis before its development. In addition, we proposed a design modification that can reduce the weight and increase the stiffness of the hybrid machining center by performing shape lightning based on the structural analysis results.
Fused deposition modeling (FDM), based on stacking a continuous filament of polymer or composite materials, is well matured and is thus widely used in additive manufacturing technology. To advance FDM-based 3D printing technology, the mechanical properties of additively manufactured composite materials must be improved. In this study, we proposed a novel FDM 3D printing process using metal wire-polymer composites, enabling enhanced mechanical properties. In addition, we developed a new type FDM filament of copper wire wrapped in nylon material for stable 3D printing without thermal damage during the printing process. After FDM printing of the copper wire-nylon composite filament, we conducted a tensile test to investigate the mechanical behavior of the printed composite materials. The experimental results confirmed that the tensile strength of the 3D-printed metal wire-polymer composites was higher than that of the conventional single polymer material. Thus, we expect that the FDM printing process developed in this study may be promising for high-load-bearing applications.
In hot forming process, the dies in which excessive worn or crack occurs is reused after repair. Generally hot forming dies are recycled through a welding repair method. Welding repair methods are highly dependent on the skills of engineer. It causes process defects such as dimensional defects and structural defects. Recently, the metal 3D printing method has been applied to the repair of used dies. The aim of this study is to evaluate the wear characteristics of AISI H13 tool steel repaired by 3D printing method. Three kinds of wear specimens were fabricated by using 3D printing, welding, and initial material. A pin-on-disk wear test was carried out to evaluate the wear characteristics. From the result of wear test, the wear characteristics of 3D printing method was superior to that of the welded material, and was similar to that of the initial material.
The goal of this paper is to investigate preliminary the applicability of 3D printing technologies for the development of the hot bulk forming process and die. 3D printing technology based on the plastic material was applied to the preform design of the hot forging process. Plastic hot forging dies were fabricated by Polyjet process for the physical simulation of the workpiece deformation. The feasibility of application of Laser-aided Direct Metal Rapid Tooling (DMT) process to the fabrication of the hot bulk metal forming die was investigated. The SKD61 hot-working tool steel was deposited on the heat treated SKD61 using the DMT process. Fundamental characteristics of SKD 61 hot-working tool steel deposited specimen were examined via hardness and wear experiments as well as the observation of the morphology. Using the results of the examination of fundamental characteristics, the applicability of the DMT process to manufacture hot bulk forming die was discussed.
IM DOO JUNG;JUNGHO CHOE;JAECHEOL YUN;SANGSUN YANG;DONG-YEOL YANG;YONG-JIN KIM;JI-HUN YU
Archives of Metallurgy and Materials
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제64권2호
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pp.571-578
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2019
The densification behavior of H13 tool steel powder by dual speed laser scanning strategy have been characterized for selective laser melting process, one of powder bed fusion based metal 3d printing. Under limited given laser power, the laser re-melting increases the relative density and hardness of H13 tool steel with closing pores. The single melt-pool analysis shows that the pores are located on top area of melt pool when the scanning speed is over 400 mm/s while the low scanning speed of 200 mm/s generates pores beneath the melt pool in the form of keyhole mode with the high energy input from the laser. With the second laser scanning, the pores on top area of melt pools are efficiently closed with proper dual combination of scan speed. However pores located beneath the melt pools could not be removed by second laser scanning. When each layer of 3d printing are re-melted, the relative density and hardness are improved for most dual combination of scanning. Among the scan speed combination, the 600 mm/s by 400 mm/s leads to the highest relative density, 99.94 % with hardness of 53.5 HRC. This densification characterization with H13 tool steel laser re-melting can be efficiently applied for tool steel component manufacturing via metal 3d printing.
In the conventional casting and forging method, there is a disadvantage that a mold is an essential addition, and a production cost is increased when a small quantity is produced. In order to overcome this disadvantage, a metal 3D printing production method capable of directly forming a shape without a mold frame is mainly used. In particular, overseas research has been conducted on various materials, one of which is a metal printer. Similarly, domestic companies are also concentrating on the metal printer market. However, In this case of the conventional metal 3D printing method, it is difficult to meet the needs of the industry because of the high cost of materials, equipment and maintenance for product strength and production. To compensate for these weaknesses, printers have been developed that can be manufactured using sand mold, but they are not accessible to the printer company and are expensive to machine. Therefore, it is necessary to supply three-dimensional casting printers capable of metal molding by producing molds instead of conventional metal 3D printing methods. In this study, we intend to reduce the unit price by replacing the printing method used in the sand casting printer with the FDM method. In addition, Ag paste is used to design the output conditions and enable ceramic printing.
Metal 3D-printing technology enables the manufacture of complex features or internal structures, which is not possible in fabrication by conventional cutting methods. The most successful types of metal 3D printing have been powder bed diffusion and directed energy deposition, which use laser heads exploiting high-power laser sintering metal powder. In this study, a cost-effective optical design was proposed for a 2-kW-level fiber laser head. Only two commercial lenses, a beamsplitter and a window, are used in the laser head, satisfying the technological requirements. According to the optical design, the spot size was 2.54 mm, and the stand-off distance from the laser head was 295 mm. The intensity distribution was Gaussian. Thus, smooth power sintering was possible without any laser spot marks. Monte Carlo analysis was employed to verify the consistency of the optical performance under conventional assembly tolerance.
AMM(Additive Metal Manufacturing)이라 호칭되는 3차원 금속 프린팅(metal 3-D printing) 공정은 금속분말(metal powder)을 적층 재료로 사용하여 기계적부품용 실형상 금속 파트(metallic parts)를 직접 조형하여 제조한다. 한편, 조형 파트형상의 STL모델에 존재하는 기하학적 오류들과 특징형상들의 특이성으로 인하여 조형 작업 중에 내부에 결함들이 포함된 실형상 파트가 조형될 가능성이 존재하게 되며 이로 인해 3차원 금속 프린팅 조형공정 자체의 신뢰성에 문제를 야기할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 조형작업 중 발생할 수 있는 결함들을 미리 진단, 분석하고 수정하기 위하여 첫째, 조형 전에 STL 형상모델의 진단분석을 통하여 결함요소를 사전에 탐지하고 둘째, 적층 단면내 조형 공구 경로상에 실제로 포함된 결함들을 분석하고 이를 수정하기 위한 조형 파트 진단 및 조형 공구 경로 검증 연구방법을 제시하였다. 또한 DED(direct energy deposition) 공정을 기준으로 2가지 STL 형상파트 사례들에 대하여 제시한 연구방법의 case study를 수행하였다.
The demand for metal 3D printing technology is increasing in various industries. The materials commonly used for metal 3D printing include aluminum alloys, titanium alloys, and stainless steel. In particular, for applications in the aviation and defense industry, aluminum alloy 3D printing parts are being produced. To improve the corrosion resistance in the 3D printed aluminum alloy outputs, a post-treatment process, such as chromate coating, should be applied. However, powdered materials, such as AlSi7Mg and AlSi10Mg, used for 3D printing, have a high silicon content; therefore, a suitable pretreatment is required for chromate coating. In the desmut step of the pretreatment process, the chromate coating can be formed only when a smut composed of silicon compounds or oxides is effectively removed. In this study, suitable desmut solutions for 3D printed AlSi7Mg and AlSi10Mg materials with high silicon contents were presented, and the chromate coating properties were studied accordingly. The smut removal effect was confirmed using an aqueous desmut solution composed of sulfuric, nitric, and hydrofluoric acids. Thus, a chromate coating was successfully formed. The surfaces of the aluminum alloys after desmut and chromate coating were analyzed using SEM and EDS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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