Microstructure control during hybrid additive manufacturing
- Reference number
- ID25-0017
- Project leader
- Hörnqvist Colliander, Magnus
- Start and end dates
- 260101-301231
- Amount granted
- 3 250 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The aero engine industry is advancing towards sustainability, demanding improved materials and manufacturing processes. Additive manufacturing (AM) using Directed Energy Deposition (DED) holds promise but often results in coarse, anisotropic microstructures and defects, limiting performance. A solution is hybrid AM with DED and Inter-Pass Deformation (DED-IPD), where mechanical deformation triggers recrystallization, refining grains and reducing defects. This project investigates the response of a Ni-based superalloy to DED-IPD to optimize processes for aerospace components. The goal is to understand microstructural evolution during DED-IPD-like cycles. This will development of robust DED-IPD technology for enhanced AM components at GKN, and support aviation's sustainable transition through improved manufacturing efficiency. Firstly, ex situ tests combining electron microscopy with machine learning will be applied to characterize recrystallization kinetics. Subsequently, the generated knowledge will be used to interpret in situ synchrotron diffraction during deformation cycles, enabling real-time investigation of the process. Finally, the findings will be validated using real DED-IPD samples, ensuring industrial relevance. Expected outcomes include understanding of recrystallization under DED-IPD, optimizing of AM processes for Ni-based superalloys, reduction of property variability, and enhancement of component performance.
Popular science description
Vi är idag helt beroende av flyg, både för person- och godstransporter, och behovet av flygtransporter förväntas öka. Då dagens flyg har en negativ klimatpåverkan kommer det att krävas stora förändringar för att öka hållbarheten, vilket ställer nya krav på material och tillverkningstekniker. För det behövs nya och förbättrade tillverkningsprocess, och en viktig del i det är additiv tillverkning (AM), där man bygger komponenter lager för lager direkt från metallpulver eller tråd. Det gör att man kan bygga upp sin komponent med exakt den form man behöver, med minimalt spill, jämför med att börja med ett stort stycke och avverka material tills man når önskad form. Directed Energy Deposition (DED) är en specifik AM-teknik som gör detta snabbt och flexibelt, men som ofta leder till oönskade mikrostrukturer och defekter som kan försämra materialets prestanda. För att förbättra materialkvaliteten kan man kombinera DED med mekanisk deformation mellan lagren. Denna hybridprocess hjälper till att förändra den byggda komponentens inte struktur genom rekristallisering. Vid rekristallisering skapas ny likaxkliga korn som ersätts dom stora, avlånga kornen från deponeringsprocessen. Detta ger ett starkare och mer enhetligt material som är bättre lämpat för krävande tillämpningar som flygmotorer. Projektet undersöker hur en nickelbaserad superlegering för flygmotortillämpningar reagerar på denna behandling, med målet att göra tillverkningen av flygkomponenter effektivare och mer pålitlig. Genom att kombinera avancerad elektronmikroskopi och maskininlärning med kraftfull röntgenteknik på synkrotronanläggningar försöker vi förstå hur kornen i materialet förändras. Resultatet väntas bli en djupare förståelse för hur mikrostrukturen utvecklas, vilket banar väg för optimerade tillverkningsprocesser. Det leder till bättre materialegenskaper, lägre kostnader och minskad miljöpåverkan, och stödjer därmed flygindustrins omställning till en mer hållbar framtid.