Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.8
no.3
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pp.150-156
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2003
Direct Metal Deposition (DMD) is a new additive process producing three-dimensional metal components or tools directly from CAD data, which aims to take mold making and metalworking in an entirely new direction. It is the blending of five common technologies: lasers, CAD, CAM, sensors and materials. In the resulting process, alternatively called laser cladding, an industrial laser is used to locally heat a spot on a tool-steel work piece or platform, forming a molten pool of metal. A small stream of powdered tool-steel metal is then injected into the metal pool to increase the size of the molten pool. By moving the laser beam back and forth, under CNC control, and tracing out a pattern determined by a computerized CAD design, the solid metal part is eventually built line-by-line, one layer at a time. DMD produces improved material properties in less time and at a lower cost than is possible with traditional fabrication technologies.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.10
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pp.134-147
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2001
Laser cladding process accompanies phase transformations from melting (on heating) through solidifying (on cooling) at the same time within a small material volume and to final solid phase. The phase transformations are not reversible, but an irreversible thermodynamic process; they accompany either absorption or release of thermal energy (referred to latent heat) during transformation. Yet, most analyses on materials processed by laser as a heat source have been performed on models of neglecting the latent heat in the process and those did not Justify the simplification. With literatures on the laser material process, we have not place an answer to how little the assumption affects on analyses. This led us to our current study: the effects of latent heat on thermo-mechanical analysis. To this end, we developed a fairly accurate program accommodating an algorithm for enforcing the latent heat whenever necessary and ran it combining with ABAQUS$^{TM}$. The simulation techniques we used in this study were verified by directly comparing our prediction with experimental publications elsewhere; our numerical results agreed accurately with the experiments. On the effects of the latent heat, we performed two alternatives about considering the latent heat in analysis, and compared each other. As a result, we found that more accurate conclusions might come out when considering the latent heat in process analyses.s.
The purpose of this paper is to review the state of laser processing technology using metal powders. In recent years, a series of research and development efforts have been undertaken worldwide to develop laser processing technologies to fabricate metal-based parts. Layered manufacturing by the laser melting process is gaining ground for use in manufacturing rapid prototypes (RP), tools (RT) and functional end products. Selective laser sintering / melting (SLS/SLM) is one of the most rapidly growing rapid prototyping techniques. This is mainly due to the processes's suitability for almost any materials, including polymers, metals, ceramics and many types of composites. The interaction between the laser beam and the powder material used in the laser melting process is one of the dominant phenomena defining feasibility and quality. In the case of SLS, the powder is not fully melted during laser scanning, therefore the SLS-processed parts are not fully dense and have relatively low strength. To overcome this disadvantage, SLM and laser cladding (LC) processes have been used to enable full melting of the powder. Further studies on the laser processing technology will be continued due to the many potential applications that the technology offers.
Jo, Yeong-Kwan;Yu, Jae-Hyun;Jeong, Ho-Seung;Park, Sang-Hu
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.2
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pp.30-37
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2020
We propose a practical method for increasing formability of a sheet metal plate using laser heat treatment (LHT) and cladding process. In this work, two kinds of process such as laser-induced heat treatment and cladding were utilized to evaluate the effect on formability of SUS316 sheets with different thickness of 1 and 3 mm. By using a vertically line-patterned tensile specimen that was LHTed or cladded on its surface, the process parameters of each surface treating method were studied and optimized. Through the basic test, we knew that the laser power of 900 W and scanning speed of 500 mm/min was the best condition for increase of formability. As the treatment results, ultimate tensile strength and elongation were increased as approximately 2.1 and 7.0%, respectively. To verify the usefulness of this work in industrial cases, we conducted a bulging test using with and without LHTed SUS316 sheet metal blanks. The results show that the bulging height of LHTed sheet was increased by 73% compared to that of the original one.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.5
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pp.91-97
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2022
The Directed Energy Deposition (DED) is a representative metal additive manufacturing method. Owing to its strong point of repairment, its application is gradually spreading in aerospace applications, power generation, military components, and mold making. 5-axis cladding is needed to repair damage, such as wear and scratches on cylindrical surfaces to circular-shaped parts, including sleeves and liners. Furthermore, the condition of cladding on inclined parts must also be considered to prevent interference between the nozzle and the part. In this study, the effects of changes in scanning speed due to the 5-axis control system and differences from the height of laser beam irradiation due to inclination are evaluated among the items that should be additionally considered in 5-axis cladding compared to 3-axis cladding. Moreover, the trends of the width and height of the clad are identified by different tilting angles via single line cladding. Lastly, cladding methods on cylindrical surfaces at various angles are proposed to enhance the clad quality and post-processing efficacy. These results can be applied with 5-axis cladding on inclined surfaces, including cylindrical surfaces.
In this study, cracking susceptibility of laser cladding was investigated according to the processing parameters such as laser power, scan speed and feeding rate with blended powders of stellite#6 and technolase40s (WC+NiCr). The solidification microstructure of clad was composed of Co-based dendrite structures with ${\gamma}+Cr7C3$ eutectic phases at the dendritic boundaries. The crack propagation showed transgranular fracture along dendritic boundaries due to brittle chrome carbide at the eutectic phases. From results of fractography experiments, the fracture surface was typical cleavage brittle fracture in the clad and substrate. The number of clad cracks, caused by a tensile stress after the solidification, increased with increase of laser power, scan speed and feeding rate. Increase of the laser power caused large pores by facilitating WC decarburizing reaction. And the pores affected increase of crack susceptibility. High scan speed caused increment of clad cracks due to thermal stress and WC particle fractures. Also, increase of the feeding rate accompanied an amount of WC particles causing crack initiation and decarburizing reaction.
Bearings are essential for reducing vibration and wear, in order to achieve high durability and increase longevity. White metal treatment of tilting pads via centrifugal casting method has the possibility of increasing durability. However, this manufacturing method has drawbacks such as long processing time, high defect rate, and harmful health effects. Laser cladding deposition technique is a powerful method that can address these issues by decreasing the processing time and providing good adhesion. In this study, we suggest optimum conditions for laser cladding deposition that can be used in industrial applications. We deposited a soft white metal layer on SCM440 that is primarily used in shafts to minimize wear of bearing pads. During the laser deposition process, we controlled factors such as laser power, powder feed rate, and laser head speed to determine the optimum conditions. In addition, we measured the hardness using micro Vickers, and performed field emission scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, and friction tests to investigate the mechanical properties and surface characteristics for different parameters. Based on the experimental results, we suggest that laser power, powder feed rate, and laser head speed of 1.3 kW, 2.5 rpm, and 10 mm/s, respectively, constitute the optimum conditions for producing white metals using laser cladding.
Ham, Gi-Su;Kim, Chul-O;Park, Soon-Hong;Lee, Kee-Ahn
Journal of Powder Materials
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v.24
no.5
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pp.370-376
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2017
In this study we manufacture a Ni-Cr-B-Si +WC/12Co composite coating layer on a Cu base material using a laser cladding (LC) process, and investigate the microstructural and mechanical properties of the LC coating and Ni electroplating layers (reference material). The initial powder used for the LC coating layer is a powder feedstock with an average particle size of $125{\mu}m$. To identify the microstructural and mechanical properties, OM, SEM, XRD, room and high temperature hardness, and wear tests are implemented. Microstructural observation of the initial powder and LC coating layer confirm the layer is composed mainly of ${\gamma}-Ni$ phases and WC and $Cr_{23}C_6$ carbides. The measured hardness of the LC coating and Ni electroplating layers are 653 and 154 Hv, respectively. The hardness measurement from room up to high temperatures of $700^{\circ}C$ result in a hardness decrease as the temperature increases, but the hardness of the LC coating layer is higher for all temperature conditions. Room temperature wear results show that the wear loss of the LC coating layer is 1/12 of the wear level of the Ni electroplating layer. The measured bond strength is also greater in the LC coating than the Ni electroplating.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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