Investigation of various optimization processes for aluminum extrusion production through mechanical assessment procedures

Abstract

Aluminium extrusion is a manufacturing technique used to produce profiles, with the market estimated at USD 96.31 billion in 2025 and projected to reach USD 120.79 billion by 2029. The core process involves pushing a heated billet through a die shaped to the desired profile, enabling efficient production of a wide range of geometries. Over the years, numerous studies have focused on optimizing the aluminum extrusion process in terms of both efficiency and the mechanical behavior of the extrudates. In this context, the present work systematically explores potential methodologies, including the application of Finite Element Analysis (FEA) tools and the use of liquid nitrogen as a die cooling agent. These approaches aim to produce extrudates with superior mechanical properties (particularly tensile strength and creep resistance) while significantly increasing production rates through FEA-assisted die design optimization process. Building on this foundation, the feasibility of employing Additive Manufacturing (AM) technology for the fabrication of aluminum extrusion dies capable of withstanding the extreme conditions of the extrusion process is also examined. AM offers substantial added value to the aluminum extrusion industry by enabling the production of dies with complex geometries that are difficult to achieve through conventional methods. This results in improved thermal management, extended die life, and enhanced process efficiency. Furthermore, AM reduces lead times and facilitates rapid prototyping and customization, promoting innovation and flexibility in die design. This thesis begins by outlining the fundamental principles of aluminum extrusion and the key strategies employed to enhance productivity and mechanical performance. These include die design optimization through FEA, die cooling using liquid nitrogen, and the adoption of Selective Laser Melting (SLM) as the preferred additive manufacturing technique for the manufacturing of additive manufactured aluminum extrusion dies. It proceeds with a comprehensive review of current research on FEA-driven die optimization for 6xxx series aluminum alloys, the application of liquid nitrogen as a cooling medium, and the mechanical behavior of additively manufactured aluminum and H13 hot-work tool steel. Chapter three presents the research methodology, encompassing SLM processing, mechanical characterization via tensile testing and nanoindentation with a focus on creep behavior, microstructural and fracture analysis using Scanning and Transmission Electron Microscopy (SEM and TEM), computational die design using FEA, and statistical evaluation of 6060 aluminum alloy through incremental impact testing and multiple regression analysis. The following chapters present the results of the three different approaches investigated. Chapter four presents the application of FEA using HyperXtrude® software, supported by experimental trials conducted on a 35MN extrusion press. These simulations provided detailed insights into material flow and thermal behavior within the die, aiding in the refinement of process parameters. Concurrently, a liquid nitrogen cooling system was implemented to improve thermal management and enhance die productivity. The integration of advanced simulation tools with innovative cooling techniques demonstrates a practical approach to optimizing aluminum extrusion. This chapter offers valuable guidance for extruders seeking to achieve higher efficiency and consistent production of high-quality extrudates, as thee FEA predictions closely matched production outcomes in extrudate shape, validating the modeling approach. Implementation of the optimized die design and liquid nitrogen cooling led to an 8.76% efficiency increase, with ram speed rising by 14.7% and 21.8% respectively, without significantly affecting ram pressure or extrudate exit temperature. Chapter five presents the mechanical performance of extrudates produced using an optimized aluminum extrusion die, as developed in Chapter four. The key distinction lies in the die complexity, with this chapter focusing on a four-hole die, compared to the two-hole die examined previously. This research aims to provide comprehensive guidance for extruders on optimizing the aluminum extrusion process in terms of productivity, geometry, and mechanical behavior. In addition to tensile tests, incremental impact and multiple regression analyses were conducted to identify and establish correlations between selected parameters (ageing temperature, ageing time, and the use of liquid nitrogen as a cooling agent) and Ultimate Tensile Stress (UTS), Yield Stress, and strain (%) at UTS. The FEA analysis showed strong agreement with production results, particularly in extrudate shape, confirming the validity of the simulation models. The combination of optimized die design and liquid nitrogen cooling improved production efficiency by 15%, increased ram speed by 10%, and maintained stable ram pressure and exit temperature. Mechanical evaluation revealed that aging time showing a stronger correlation to UTS, Yield Stress, and strain at UTS than aging temperature. The use of liquid nitrogen resulted in a 12.08% increase in strain at UTS, rising from 5.96% to 6.68% during the aging cycle of 8 hours at 180 °C. Chapter six investigates the impact of ageing conditions (such as time and temperature) as well as the use of liquid nitrogen as a cooling agent on creep behavior and relevant creep parameters, including the steady-state creep strain rate, using nanoindentation tests. The creep behavior of the selected 6060 aluminum alloy during nanoindentation testing is further analyzed through measurements taken during the holding stage of the experiment. Results indicate that hardness increased significantly with aging time at 160 °C and 180 °C, reaching +73.68% and +32.86% respectively without liquid nitrogen, and +46.12% and +45.21% with it. The creep stress exponent n increased by 58.62% at 160 °C, 26.43% at 180 °C, and 0.85% at 200 °C, without using liquid nitrogen as coolant of the die. With liquid nitrogen use, n increased by 56.21%, 22.59%, and 0.82% respectively. At 220 °C, n rose after 2 hours but then slightly declined due to the formation of larger precipitates that reduced mechanical performance. Although aging has minimal impact on the steady creep strain rate, high-ram-speed extrusions exhibit lower creep strain rates at reduced aging temperatures (160 °C) due to dislocation-strengthening mechanisms, whereas higher aging temperatures promote precipitate blocking and diminish this effect. However, the dislocations generated at higher ram speeds can contribute to increased strain at UTS, as discussed in the previous chapter. In Chapter seven, a methodology for producing parts from H13 hot work tool steel using additive manufacturing technologies is introduced. This study examines the mechanical behavior of high-strength H13 hot work tool steel produced via the SLM, focusing on tensile and nanoindentation tests. Additionally, the research explores the influence of volumetric energy density (VED), a critical parameter in AM, and the effect of post-heat-treatment nitriding on the creep behavior of H13 hot work tool steel. Nanoindentation tests are used to investigate creep response and associated parameters, such as the steady-state creep strain rate. Measurements and observations during the holding phase provide valuable insights into the material’s behavior. The results confirm the feasibility of manufacturing H13 steel parts with high mechanical performance using the SLM AM technique, comparable to those produced by conventional methods. Tensile tests on as-built H13 tool steel showed high performance, with UTS ranging from 1571 ± 41 MPa to 1836 ± 48 MPa and YTS from 1256 ± 26 MPa to 1468 ± 30 MPa. The highest values found at a VED of 150 J/mm³. Nanoindentation revealed the highest hardness (8960 ± 77 MPa) and lowest indentation depth (1.76 ± 0.01 μm) after nitrification at the same VED, along with improved elastic modulus. Creep tests showed that increasing VED from 50 to 150 J/mm³ reduced displacement by 31.32% (non-nitrided) and 33.79% (nitrided), while nitrification consistently enhanced creep resistance and increased the stress exponent n by up to 18.77%. Increasing the VED from 50 to 150 J/mm³ reduces creep strain rates by 19.32% in non-nitrided specimens and by 33.78% in nitrided ones as well. A die part fabricated using SLM was tested in the aluminum extrusion process on an 18MN Extrusion Press, producing extrudates of acceptable quality and validating its functionality and durability under high-pressure and high-temperature conditions. Chapters Eight and Nine present the conclusions and recommendations for future research. By integrating FEA, experimental validation, and advanced cooling techniques (specifically the use of liquid nitrogen as a die coolant) the study demonstrates substantial improvements in both mechanical performance and production efficiency. Among the evaluated parameters, strain (%) at UTS is identified as the most significantly affected by the increased extrusion ram speeds enabled through liquid nitrogen cooling. Furthermore, the feasibility of employing AM, particularly SLM, for the fabrication of extrusion dies capable of withstanding extreme operational conditions is thoroughly examined. These findings contribute to a deeper understanding of process–structure–property relationships in aluminum extrusion, offering practical insights for industrial implementation and future research in high-performance die design and material behavior under elevated thermal and mechanical loads. More precisely, the integration of FEA with liquid nitrogen die cooling has demonstrated substantial advantages in the optimization of aluminum extrusion die design. This combined approach contributes to increased productivity and enhanced mechanical performance, particularly in terms of strain at UTS, for specific alloy compositions. Furthermore, AM proved to be a viable solution for fabricating complex die geometries that are challenging to produce using conventional machining methods, thereby expanding the design possibilities and improving process flexibility. Building on this PhD study’s findings, future research should explore the microstructural and mechanical effects of higher extrusion ram speeds enabled by advanced die cooling. Focus areas include grain evolution, precipitate behavior, and phase distribution under rapid deformation. Further investigation into post-extrusion aging treatments and their impact on strength and creep resistance is also recommended. Optimizing additive manufacturing parameters for die fabrication and integrating Artificial Intelligence (AI) and Machine Learning (ML) into process modeling could significantly enhance real-time control and quality assurance in aluminum extrusion.

Η διέλαση αλουμινίου αποτελεί μια τεχνική παραγωγής που χρησιμοποιείται για την κατασκευή προφίλ, με την αγορά να εκτιμάται στα 96,31 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2025 και να προβλέπεται ότι θα φτάσει τα 120,79 δισεκατομμύρια δολάρια το 2029. Η βασική διαδικασία περιλαμβάνει την ώθηση ενός θερμαινόμενου τεμαχίου (μπιγιέτα) μέσα από μια μήτρα διαμορφωμένη στο επιθυμητό προφίλ, επιτρέποντας την αποδοτική παραγωγή μιας ευρείας γκάμας γεωμετριών. Με την πάροδο των ετών, πολυάριθμες μελέτες έχουν επικεντρωθεί στη βελτιστοποίηση της διαδικασίας διέλασης αλουμινίου τόσο ως προς την αποδοτικότητα όσο και ως προς τη μηχανική συμπεριφορά των προϊόντων διέλασης. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα εργασία διερευνά συστηματικά πιθανές μεθοδολογίες, συμπεριλαμβανομένης της εφαρμογής εργαλείων Ανάλυσης Πεπερασμένων Στοιχείων και της χρήσης υγρού αζώτου ως μέσου ψύξης της μήτρας. Οι προσεγγίσεις αυτές στοχεύουν στην παραγωγή προϊόντων διέλασης με ανώτερες μηχανικές ιδιότητες (ιδίως αντοχή σε εφελκυσμό και αντίσταση σε ερπυσμό), ενώ παράλληλα αυξάνουν σημαντικά τους ρυθμούς παραγωγής μέσω της βελτιστοποίησης του σχεδιασμού της μήτρας με τη βοήθεια των πεπερασμένων στοιχείων. Με βάση αυτό το υπόβαθρο, εξετάζεται επίσης η σκοπιμότητα χρήσης τεχνολογιών Προσθετικής Κατασκευής για την κατασκευή μητρών διέλασης αλουμινίου, ικανών να αντέξουν τις ακραίες συνθήκες της διαδικασίας διέλασης. Η προσθετική κατασκευή προσφέρει σημαντική προστιθέμενη αξία στη βιομηχανία διέλασης αλουμινίου, καθώς επιτρέπει την παραγωγή μητρών με πολύπλοκες γεωμετρίες που είναι δύσκολο να επιτευχθούν με συμβατικές μεθόδους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη βελτιωμένη θερμική διαχείριση, την αυξημένη διάρκεια ζωής της μήτρας και την ενισχυμένη αποδοτικότητα της διαδικασίας. Επιπλέον, η προσθετική κατασκευή μειώνει τους χρόνους παράδοσης και διευκολύνει την ταχεία πρωτοτυποποίηση και εξατομίκευση, προωθώντας την καινοτομία και την ευελιξία στον σχεδιασμό μητρών.Η διατριβή ξεκινά με την παρουσίαση των θεμελιωδών αρχών της διέλασης αλουμινίου και των βασικών στρατηγικών που εφαρμόζονται για την ενίσχυση της παραγωγικότητας και της μηχανικής απόδοσης. Αυτές περιλαμβάνουν τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού της μήτρας μέσω χρήσης πεπερασμένων στοιχείων, την ψύξη της μήτρας με υγρό άζωτο και την υιοθέτηση της Επιλεκτικής Τήξης με Λέιζερ (Selective Laser Melting – SLM) ως της προτιμώμενης τεχνικής προσθετικής κατασκευής για την παραγωγή μητρών διέλασης αλουμινίου. Ακολουθεί μια εκτενής ανασκόπηση της τρέχουσας έρευνας σχετικά με τη βελτιστοποίηση μητρών μέσω πεπερασμένων στοιχείων για κράματα αλουμινίου σειράς 6xxx, την εφαρμογή υγρού αζώτου ως μέσου ψύξης και τη μηχανική συμπεριφορά αλουμινίου και του εργοχάλυβα H13 που έχουν παραχθεί με προσθετική κατασκευή. Το τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζει τη μεθοδολογία της έρευνας, η οποία περιλαμβάνει την επεξεργασία μέσω Επιλεκτικής Τήξης με Λέιζερ, τον μηχανικό χαρακτηρισμό μέσω δοκιμών εφελκυσμού και νανοδιείσδυσης με έμφαση στη συμπεριφορά ερπυσμού, την μικροδομική και θραυστολογική ανάλυση με Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης και Διέλευσης (SEM και TEM), τον υπολογιστικό σχεδιασμό μήτρας με χρήση πεπερασμένων στοιχείων, καθώς και τη στατιστική αξιολόγηση του κράματος αλουμινίου 6060 μέσω δοκιμών κρουστικής καταπόνησης και ανάλυσης πολλαπλής παλινδρόμησης. Τα επόμενα κεφάλαια παρουσιάζουν τα αποτελέσματα των τριών διαφορετικών προσεγγίσεων που διερευνήθηκαν. Το τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζει την εφαρμογή των πεπερασμένων στοιχείων με χρήση του λογισμικού HyperXtrude®, υποστηριζόμενη από πειραματικές δοκιμές σε πρέσα διέλασης 35MN. Οι προσομοιώσεις παρείχαν λεπτομερείς πληροφορίες για τη ροή του υλικού και τη θερμική συμπεριφορά μέσα στη μήτρα, βοηθώντας στη βελτίωση των παραμέτρων της διαδικασίας. Παράλληλα, εφαρμόστηκε σύστημα ψύξης με υγρό άζωτο για τη βελτίωση της θερμικής διαχείρισης και την αύξηση της παραγωγικότητας της μήτρας. Η ενσωμάτωση προηγμένων εργαλείων προσομοίωσης με καινοτόμες τεχνικές ψύξης αποδεικνύει μια πρακτική προσέγγιση για τη βελτιστοποίηση της διέλασης αλουμινίου. Η εφαρμογή του βελτιστοποιημένου σχεδιασμού μήτρας και της ψύξης με υγρό άζωτο οδήγησε σε αύξηση της αποδοτικότητας κατά 8,76%, με την ταχύτητα του εμβόλου να αυξάνεται κατά 14,7% και 21,8% αντίστοιχα, χωρίς σημαντική επίδραση στην πίεση ή στη θερμοκρασία εξόδου του προϊόντος διέλασης.Το πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζει τη μηχανική απόδοση των προϊόντων διέλασης που παράχθηκαν με τη βελτιστοποιημένη μήτρα, όπως αναπτύχθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο. Η βασική διαφοροποίηση έγκειται στην πολυπλοκότητα της μήτρας, καθώς εδώ εξετάζεται μήτρα τεσσάρων οπών σε σύγκριση με τη μήτρα δύο οπών που είχε μελετηθεί προηγουμένως. Εκτός από τις δοκιμές εφελκυσμού, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές κρουστικής καταπόνησης και αναλύσεις πολλαπλής παλινδρόμησης για τον εντοπισμό συσχετίσεων μεταξύ παραμέτρων (θερμοκρασία γήρανσης, χρόνος γήρανσης και χρήση υγρού αζώτου) και της μέγιστης αντοχής σε εφελκυσμό (UTS), του ορίου διαρροής και της παραμόρφωσης στο UTS. Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων έδειξε ισχυρή συμφωνία με τα αποτελέσματα παραγωγής, επιβεβαιώνοντας την εγκυρότητα των μοντέλων προσομοίωσης. Ο συνδυασμός βελτιστοποιημένου σχεδιασμού μήτρας και ψύξης με υγρό άζωτο βελτίωσε την αποδοτικότητα κατά 15%, αύξησε την ταχύτητα του εμβόλου κατά 10% και διατήρησε σταθερή την πίεση και τη θερμοκρασία εξόδου. Η μηχανική αξιολόγηση αποκάλυψε ότι ο χρόνος γήρανσης είχε ισχυρότερη συσχέτιση με την μέγιστη δύναμη, το όριο διαρροής και την παραμόρφωση στην μέγιστη δύναμη σε σχέση με τη θερμοκρασία γήρανσης. Η χρήση υγρού αζώτου οδήγησε σε αύξηση της παραμόρφωσης στην μέγιστη δύναμη κατά 12,08%, από 5,96% σε 6,68% κατά τον κύκλο γήρανσης 8 ωρών στους 180 °C. Το έκτο κεφάλαιο διερευνά την επίδραση των συνθηκών γήρανσης (όπως ο χρόνος και η θερμοκρασία) καθώς και της χρήσης υγρού αζώτου ως μέσου ψύξης στη συμπεριφορά ερπυσμού και στις σχετικές παραμέτρους ερπυσμού, συμπεριλαμβανομένου του ρυθμού παραμόρφωσης σε μόνιμη κατάσταση, μέσω δοκιμών νανοδιείσδυσης. Η συμπεριφορά ερπυσμού του επιλεγμένου κράματος αλουμινίου 6060 κατά τη διάρκεια των δοκιμών νανοδιείσδυσης αναλύεται περαιτέρω μέσω μετρήσεων που πραγματοποιούνται κατά το στάδιο παραμονής του πειράματος. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η σκληρότητα αυξήθηκε σημαντικά με τον χρόνο γήρανσης στους 160 °C και 180 °C, φτάνοντας +73,68% και +32,86% αντίστοιχα χωρίς υγρό άζωτο, και +46,12% και +45,21% με τη χρήση του. Ο εκθέτης τάσης ερπυσμού n αυξήθηκε κατά 58,62% στους 160 °C, 26,43% στους 180 °C και 0,85% στους 200 °C χωρίς χρήση υγρού αζώτου. Με χρήση υγρού αζώτου, το n αυξήθηκε κατά 56,21%, 22,59% και 0,82% αντίστοιχα. Στους 220 °C, το n αυξήθηκε μετά από 2 ώρες αλλά στη συνέχεια μειώθηκε ελαφρώς λόγω σχηματισμού μεγαλύτερων κατακρημνισμάτων που μείωσαν τη μηχανική απόδοση. Αν και η γήρανση έχει ελάχιστη επίδραση στον σταθερό ρυθμό παραμόρφωσης ερπυσμού, οι διελάσεις με υψηλή ταχύτητα εμβόλου εμφανίζουν χαμηλότερους ρυθμούς παραμόρφωσης ερπυσμού σε μειωμένες θερμοκρασίες γήρανσης (160 °C) λόγω μηχανισμών ενίσχυσης μέσω των αταξιών, ενώ υψηλότερες θερμοκρασίες γήρανσης προάγουν τον αποκλεισμό από κατακρημνίσματα και μειώνουν αυτό το φαινόμενο. Ωστόσο, οι αταξίες που δημιουργούνται σε υψηλότερες ταχύτητες εμβόλου μπορούν να συμβάλουν στην αυξημένη παραμόρφωση στην μέγιστη δύναμη, όπως συζητήθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο. Το έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζει μια μεθοδολογία για την παραγωγή εξαρτημάτων από χάλυβα εργαλείων H13 μέσω τεχνολογιών προσθετικής κατασκευής. Η μελέτη εξετάζει τη μηχανική συμπεριφορά του υψηλής αντοχής χάλυβα H13 που παράχθηκε με Επιλεκτική Τήξη με Λέιζερ, εστιάζοντας σε δοκιμές εφελκυσμού και νανοδιείσδυσης. Επιπλέον, διερευνάται η επίδραση της πυκνότητας ενέργειας (Volumetric Energy Density – VED), μιας κρίσιμης παραμέτρου στην προσθετική κατασκευή, καθώς και η επίδραση της θερμικής κατεργασίας νιτρίδωσης στη συμπεριφορά ερπυσμού του χάλυβα H13. Οι δοκιμές νανοδιείσδυσης χρησιμοποιούνται για τη διερεύνηση της απόκρισης ερπυσμού και των σχετικών παραμέτρων, όπως ο σταθερός ρυθμός παραμόρφωσης ερπυσμού. Οι μετρήσεις και οι παρατηρήσεις κατά τη φάση παραμονής παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για τη συμπεριφορά του υλικού. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν τη σκοπιμότητα παραγωγής εξαρτημάτων από χάλυβα H13 με υψηλή μηχανική απόδοση μέσω της τεχνικής SLM, συγκρίσιμη με εκείνη που επιτυγχάνεται με συμβατικές μεθόδους. Οι δοκιμές εφελκυσμού σε δείγματα H13 έδειξαν υψηλή απόδοση, με μέγιστη αντοχή σε εφελκυσμό από 1571 ± 41 MPa έως 1836 ± 48 MPa και όριο διαρροής από 1256 ± 26 MPa έως 1468 ± 30 MPa. Οι υψηλότερες τιμές βρέθηκαν σε VED 150 J/mm³. Η νανοδιείσδυση αποκάλυψε τη μέγιστη σκληρότητα (8960 ± 77 MPa) και το ελάχιστο βάθος διείσδυσης (1,76 ± 0,01 μm) μετά από νιτρίδωση στο ίδιο VED, μαζί με βελτιωμένο μέτρο ελαστικότητας. Οι δοκιμές ερπυσμού έδειξαν ότι η αύξηση του VED από 50 σε 150 J/mm³ μείωσε τη μετατόπιση κατά 31,32% (μη νιτριδωμένα δείγματα) και κατά 33,79% (νιτριδωμένα δείγματα), ενώ η νιτρίδωση ενίσχυσε σταθερά την αντίσταση σε ερπυσμό και αύξησε τον εκθέτη τάσης n έως και 18,77%. Η αύξηση του VED από 50 σε 150 J/mm³ μείωσε τους ρυθμούς παραμόρφωσης ερπυσμού κατά 19,32% σε μη νιτριδωμένα δείγματα και κατά 33,78% σε νιτριδωμένα. Ένα τμήμα μήτρας που κατασκευάστηκε με SLM δοκιμάστηκε στη διαδικασία διέλασης αλουμινίου σε πρέσα 18MN, παράγοντας προϊόντα διέλασης αποδεκτής ποιότητας και επιβεβαιώνοντας τη λειτουργικότητα και την ανθεκτικότητά του υπό συνθήκες υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας. Τα κεφάλαια οκτώ και εννέα παρουσιάζουν τα συμπεράσματα και τις συστάσεις για μελλοντική έρευνα. Με την ενσωμάτωση των πεπερασμένων στοιχείων, της πειραματικής επαλήθευσης και των προηγμένων τεχνικών ψύξης (ιδίως της χρήσης υγρού αζώτου ως ψυκτικού μέσου της μήτρας), η μελέτη αποδεικνύει σημαντικές βελτιώσεις τόσο στη μηχανική απόδοση όσο και στην αποδοτικότητα παραγωγής. Μεταξύ των παραμέτρων που αξιολογήθηκαν, η παραμόρφωση (%) στη μέγιστη δύναμη αναγνωρίζεται ως η πιο σημαντικά επηρεαζόμενη από τις αυξημένες ταχύτητες εμβόλου που επιτρέπονται μέσω της ψύξης με υγρό άζωτο. Επιπλέον, εξετάζεται διεξοδικά η σκοπιμότητα χρήσης προσθετικής κατασκευής, και ειδικότερα Επιλεκτικής Τήξης με Λέιζερ, για την κατασκευή μητρών διέλασης ικανών να αντέξουν ακραίες συνθήκες λειτουργίας. Τα ευρήματα αυτά συμβάλλουν σε βαθύτερη κατανόηση των σχέσεων διαδικασίας–δομής–ιδιοτήτων στη διέλαση αλουμινίου, προσφέροντας πρακτικές γνώσεις για βιομηχανική εφαρμογή και μελλοντική έρευνα στον σχεδιασμό μητρών υψηλής απόδοσης και στη συμπεριφορά υλικών υπό αυξημένα θερμικά και μηχανικά φορτία. Πιο συγκεκριμένα, η ενσωμάτωση των πεπερασμένων στοιχείων με την ψύξη της μήτρας μέσω υγρού αζώτου έχει αποδείξει σημαντικά πλεονεκτήματα στη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού μήτρας διέλασης αλουμινίου. Η συνδυασμένη αυτή προσέγγιση συμβάλλει στην αύξηση της παραγωγικότητας και στη βελτίωση της μηχανικής απόδοσης, ιδίως ως προς την παραμόρφωση στη μέγιστη δύναμη, για συγκεκριμένες συνθέσεις κραμάτων. Επιπλέον, η προσθετική κατασκευή αποδείχθηκε βιώσιμη λύση για την κατασκευή πολύπλοκων γεωμετριών μήτρας που είναι δύσκολο να παραχθούν με συμβατικές μεθόδους κατεργασίας, διευρύνοντας έτσι τις δυνατότητες σχεδιασμού και βελτιώνοντας την ευελιξία της διαδικασίας. Με βάση τα ευρήματα αυτής της διδακτορικής μελέτης, η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να εξετάσει τις μικροδομικές και μηχανικές επιδράσεις των υψηλότερων ταχυτήτων εμβόλου που καθίστανται δυνατές μέσω προηγμένων τεχνικών ψύξης της μήτρας. Οι τομείς εστίασης περιλαμβάνουν την εξέλιξη των κόκκων, τη συμπεριφορά των κατακρημνισμάτων και την κατανομή των φάσεων υπό συνθήκες ταχείας παραμόρφωσης. Συνιστάται επίσης περαιτέρω διερεύνηση των μεταθερμικών κατεργασιών γήρανσης μετά τη διέλαση και της επίδρασής τους στην αντοχή και στην αντίσταση σε ερπυσμό. Η βελτιστοποίηση των παραμέτρων προσθετικής κατασκευής για την παραγωγή μητρών διέλασης και η ενσωμάτωση Τεχνητής Νοημοσύνης και Μηχανικής Μάθησης στη μοντελοποίηση της διαδικασίας θα μπορούσαν να ενισχύσουν σημαντικά τον έλεγχο σε πραγματικό χρόνο και τη διασφάλιση ποιότητας στη διέλαση αλουμινίου.