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DED 공정을 이용한 AISI 1045 기저부위 AISI 1045 분말 대체적 적층시 적층부와 기저부 형상이 적층부 인근 열-기계 특성에 미치는 영향 고찰

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Author(s)
임성훈
Issued Date
2022
Keyword
Additive manufacturing, DED process, Remanufacturing
Abstract
Recently, due to environmental and resource depletion concerns, researchers around the globe are actively involved in research and development of new methodologies to reduce impact of industrial activities on environment. The interest in the field of additive manufacturing (AM) is exponentially increasing due to its repair and remanufacturing capabilities. Repair and remanufacturing of damaged machine tool parts by AM can lower the operational cost by extending the life cycle of the metal parts. Directed energy deposition (DED) is a metal AM process. DED process can deposit metal on straight and inclined surfaces along the arbitrary trajectory. Hence, DED is suitable for repairing and remanufacturing of irregular shape machine parts. However, localized rapid temperature changes occur during deposition process due to high density energy source. The temperature gradients cause residual stress and displacement in remanufactured parts. The aim of this study is to investigate the effect of shape of deposition region, shape of the substrate, deposition strategy and pore location on thermo-mechanical characteristics in the vicinity of repaired region by DED. Finite element analysis (FEA) according to the substrate shape and shape of deposited region was performed in order to analyze thermo-mechanical characteristics of repaired metal parts. Various substrate shapes and deposition region shapes including the angle of inclination of the deposited region, the shape of the substrate with various space at the edge of deposited region, the shape of deposited bead with various width and inner radius of substrate were selected to predict residual stress and displacement in the vicinity of deposited region. Subsequently, FE analysis of deposition strategy was performed. Proper deposition pattern, interlayer time and interpass time were selected according to residual stress and displacement results. Occurrence of the pores during deposition by DED was considered in this study. Analysis models according to pore location was generated. Thermo-mechanical characteristics depending on pore location were predicted. Finally, proper parameters such as suitable substrate shape, shape of deposited region and proper process parameters were proposed.
Alternative Title
Investigation into the effects of geometries of the deposited region and the substrate on thremo-mechanical characteristics in the vicinity of the deposited region for a large volume deposition of AISI 1045 powders on AISI 1045 substrate using a DED process
Alternative Author(s)
Yim Sung Hoon
Affiliation
조선대학교 일반대학원
Department
일반대학원 기계공학과
Advisor
안동규
Awarded Date
2023-02
Table Of Contents
LIST OF TABLES vi
LIST OF FIGURES viii
NOMENCLATURES xiii
ABSTRACT xv

제 1 장 서론 1
제 1 절 연구 배경 및 관련 연구 1
1. 연구 배경 1
2. 에너지 제어형 용착 (DED) 공정 5
3. 선행 연구 7
제 2 절 연구 목적 및 방법 9
1. 연구 목적 9
2. 연구 방법 10
제 2 장 유한요소 해석을 이용한 기저부 및 적층부 형상에 따른 적층부 인근의 열-기계 특성 분석 12
제 1 절 기저부 경사각 및 적층부 형상에 따른 열-기계 특성 분석 12
1. 기저부 경사각 및 적층부 형상에 따른 유한 요소 해석 모델 개발 및 데이터 도출 12
가. 기저부 경사각 및 적층부 형상에 따른 유한 요소 해석 모델 개발 12
나. 온도 의존 열-기계 물성 데이터 도출 17
다. 경계 조건 데이터 도출 17
라. 열원 모델 26
2. 기저부 경사각 및 적층부 형상에 따른 열-기계 특성 비교 분석 28
가. 주응력 비교 및 분석 28
나. 최대 잔류 응력 발생 이력 특성 33
3. 기저부 경사각 및 적층부 형상에 따른 변형 특성 35
제 2 절 기저부 끝단 길이에 따른 열-기계 특성 분석 39
1. 기저부 끝단 길이에 따른 유한 요소 해석 모델 개발 및 데이터 도출 39
가. 기저부 끝단 길이에 따른 기저부 및 적층부 형상 설계 39
나. 기저부 끝단 길이에 따른 유한 요소 해석 모델 개발 40
다. 경계 조건 데이터 도출 42
2. 기저부 끝단 길이에 따른 열-기계 특성 비교 분석 43
가. 주응력 비교 및 분석 43
나. 최대 잔류 응력 발생 이력 특성 48
3. 기저부 끝단 길이에 따른 변형 특성 51
제 3 절 기저부 모서리부와 기저부 끝단 거리에 따른 열-기계 특성 분석 56
1. 기저부 모서리부와 기저부 끝단 거리에 따른 유한 요소 해석 모델 개발 및 데이터 도출 56
가. 기저부 및 모서리부와 기저부 끝단 거리에 따른 적층부 및 기저부형상 설계 56
나. 기저부 모서리부와 기저부 끝단 거리에 따른 유한 요소 해석 모델 개발 58
다. 경계 조건 데이터 도출 60
2. 기저부 모서리부와 기저부 끝단 거리에 따른 열-기계 특성 비교 분석 62
가. 주응력 비교 및 분석 62
나. 최대 잔류 응력 발생 이력 특성 68
제 4 절 축 대칭 형상에 따른 열-기계 특성 분석 70
1. 축 대칭 형상에 따른 유한 요소 해석 모델 개발 및 데이터 도출 70
가. 축 대칭 형상에 따른 적층부 및 기저부 형상 설계 70
나. 축 대칭 형상에 따른 유한 요소 해석 모델 개발 72
다. 경계 조건 데이터 도출 73
2. 축 대칭 형상에 따른 열-기계 특성 비교 분석 75
가. 주응력 비교 및 분석 75
나. 최대 잔류 응력 발생 이력 특성 80

제 3 장 적층 기법에 따른 적층부 인근의 열-기계 특성 분석 82
제 1 절 적층 경로에 따른 열-기계 특성 분석 82
1. 적층 경로에 따른 유한 요소 해석 모델 설계 82
가. 적층 경로 선정 및 3차원 및 2차원 형상 설계 82
나. 3차원 및 2차원 유한 요소 해석 모델 개발 83
다. 경계 조건 데이터 도출 85
2. 적층 경로에 따른 열-기계 특성 비교 분석 86
가. 적층 경로에 따른 주응력 비교 및 분석 86
나. 3 차원 및 2 차원 주응력 비교 및 분석 89
제 2 절 Interlayer time 에 따른 열-기계 특성 분석 91
1. Interlayer time 에 따른 유한 요소 해석 모델 개발 및 데이터 도출 91
가. Interlayer time 선정 및 유한 요소 해석 모델 개발 91
나. 경계 조건 데이터 도출 92
2. Interlayer time 에 따른 열-기계 특성 비교 분석 93
가. 주응력 비교 및 분석 93
나. 최대 잔류 응력 발생 이력 특성 97
제 3 절 Interpass time 에 따른 열-기계 특성 분석 98
1. Interpass time 에 따른 유한 요소 해석 모델 개발 및 데이터 도출 98
가. Interpass time 선정 및 유한 요소 해석 모델 개발 98
나. 경계 조건 데이터 도출 99
2. Interpass time 에 따른 열-기계 특성 비교 분석 100
가. 주응력 비교 및 분석 100
나. 최대 잔류 응력 발생 이력 특성 105

제 4 장 기공 발생 위치에 따른 적층부 인근의 열-기계 특성 분석 106
제 1 절 기공 발생 위치에 따른 열-기계 특성 분석 106
1. 기공 발생 위치에 따른 유한 요소 해석 모델 설계 106
가. 기공 발생 위치 선정 및 유한 요소 해석 모델 개발 106
나. 경계 조건 데이터 도출 107
2. 기공 발생 위치에 따른 열-기계 특성 분석 108
가. 공정중 최대 주응력 비교 및 분석 108
가. 탄성 회복 및 냉각후 최종 주응력 비교 및 분석 112

제 5 장 결론 및 향후 과제 116

Reference 119
Degree
Master
Publisher
조선대학교 대학원
Citation
임성훈. (2022). DED 공정을 이용한 AISI 1045 기저부위 AISI 1045 분말 대체적 적층시 적층부와 기저부 형상이 적층부 인근 열-기계 특성에 미치는 영향 고찰.
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/17609
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000649942
Appears in Collections:
General Graduate School > 3. Theses(Master)
Authorize & License
  • AuthorizeOpen
  • Embargo2023-02-24
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