Design of additively manufactured components based on locally representative material fatigue properties

• S. Blasón ^[1] ; M. Chaudry ^[1] ; A. Elorriaga ^{[1] [2]} ; M. Madia ^[1] ; I. Llavori ^[2] ; K. Hilgenberg ^[1]
  1. [1] Federal Institute For Materials Research and Testing

     Federal Institute For Materials Research and Testing

     Berlin, Stadt, Alemania

     
  2. [2] Mondragon University
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 4 (comunicaciones 5th Iberian Conference on Structural Integrity), 2022, págs. 195-200
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    La tecnología de fabricación aditiva (AM) continúan progresando y permitiendo alcanzar diseños cada vez más complejos y optimizados. La industria química es uno de los sectores donde componentes AM han adquirido un gran interés. La falta hasta la fecha de una directiva europea que regule la inspección, certificación y aceptación de equipos sometidos a presión hace necesario progresar en esta línea. El objetivo que se persigue en este trabajo es el de desarrollar una metodología de diseño sobre componentes fabricados aditivamente basada en la estimación de vida a fatiga de las zonas más susceptibles de sufrir dicho tipo de fallo. El estudio comprende diversas facetas de análisis, simulaciones numéricas, análisis de la microestructura del material y una extensa campaña experimental. La evaluación de la integridad estructural se realiza aplicando mecánica de fractura. La historia térmica a lo largo del proceso de fabricación determina la microestructura del componente en cada región y, por ende, influye en las propiedades mecánicas en cada una. Se presentan los resultados preliminares de un proyecto de investigación en curso dirigido a la caracterización de propiedades mecánicas en recipientes de presión producidos por fusión láser en lecho de polvo (L-PBF, por sus siglas en inglés) de acero inoxidable 316L. Se detallan los resultados preliminares en términos de velocidad de crecimiento de grietas por fatiga (FCGR), y se comparan los resultados de probetas extraídas de diferentes regiones de los depósitos.

  • English

    Additive manufacturing (AM) technology continues to make progress and allows for reaching increasingly complex and optimised designs. The chemical industry is one of the sectors where AM components have acquired relevance. There is a lack of any European directive in order to regulate the inspection, certification as well as acceptance of additively manufactured (AM) equipment subjected to pressure loads, so progression in this line becomes necessary. This work aimed to develop a design methodology for AM components based on the estimation of fatigue lifetime on those regions with a higher risk of failure. Diverse facets are involved in this study, including numerical simulations, microstructure analysis and an extensive experimental campaign. The fatigue assessment is performed based on fracture mechanics. The microstructure characteristics are dependent on the thermal history along the manufacturing process for each region and, accordingly, the mechanical properties are likewise influenced. Preliminary results of an ongoing research project for characterizing the mechanical properties in demonstrator pressure vessels produced by laser powder bed fusion (L-PBF) on stainless steel 316L are presented. The preliminary findings obtained in terms of fatigue crack growth rate (FCGR) and are detailed. Results from specimens extracted from different regions of the vessel are compared.