Development of sustainable Aluminium alloy powders for metal additive manufacturing

Pòster amb el resum gràfic de la tesi doctoral en curs, que forma part de l'exposició "Doctorat en Recursos Naturals i Medi Ambient de la UPC Manresa. 30 anys formant en recerca a la Catalunya Central 1992-2022".This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 101034328.Postprint (published version

Metal Powder Benchmarking

Metal  additive  manufacturing  technologies  are  widely  employed  in  the aerospace, automotive  and  medical  industries. Selective  laser  melting  is  a type  of  metal additive manufacturing process in which powders are consolidated layer by layer in a predefined pattern with the help of a laser beam to create a component.   Powder characteristics are critical in influencing the quality of the printed component.  Metal powders must be within a specific size range and have spherical morphology to exhibit good  flow  and  spread behaviour  during  the  additive  manufacturing  process.   It  is necessary to understand the flow behaviour to comprehend the powder’s performance during the  process.   The  study  investigates  the  effect  of  powder  characteristics like particle  shape,  particle  size  and  size  distribution  on  the  flow behaviour  of  steel powders.   Powder  characterisation  techniques  relevant  to the  powders  for  additive manufacturing application is identified and performed. Sieve analysis fails to incorporate the particle shape during the particle size estimation. Optical microscopy is not a robust method for determining the particle shape.  Flow behaviour of the powders was studied using flowmeter test, rheometric analysis and static angle of repose test.  Rheometric analysis is more sensitive to minor variations in the flow behaviour compared to flowmeter tests. The static angle of repose test fails to incorporate the stresses experienced by the powder during the process and can be used to get a rough estimate for the powder flow behaviour in terms of cohesion.  Of the seven steel powders examined, the same powder with flow time 12 [s/(50 g)] kept being ranked in the top three for all the flow tests. So this powder is recommended for use in additive manufacturing. In addition, one other powder that failed in flowmetertests was consistently placed towards the bottom of all tests.Metalladditiv tillverkningsteknik används i stor utsträckning inom flyg­, fordons­, och medicinsk industri. Selektiv lasersmältning är en typ av metalladditiv tillverknings­ process där pulver konsolideras lager för lager i ett fördefinierat mönster med hjälp av en laserstråle för att skapa en komponent. Pulveregenskaper är avgörande för att påverka kvaliteten på den tryckta komponenten. Metallpulver måste ligga inom ett visst storleksintervall och ha en sfärisk morfologi för att uppvisa ett bra flödes­, och dispersionsbeteende under den additiva tillverkningsprocessen. Det är nödvändigt att förstå flödesbeteendet för att förstå pulvrets prestanda under processen. Studien undersöker effekten av pulveregenskaper som partikelform, partikelstorlek och storleksfördelning på flödesbeteendet hos stålpulver. Pulverkarakteriseringstekniker som är relevanta för pulvren för tillsatstillverkning identifieras och utförs. Siktanalysen misslyckas med att införliva partikelformen under partikelstorleksupp­ skattningen. Optisk mikroskopi är inte en robust metod för att bestämma partikelformen. Pulvrets flödesbeteende studerades med hjälp av flödesmätartest, reometrisk analys och statisk vinkel på vilotest. Reometrisk analys är mer känslig för mindre variationer i flödesbeteendet jämfört med flödesmätartester. Det statiska vilovinkeltestet misslyckas med att införliva de påfrestningar som pulvret upplever under processen och kan användas för att få en grov uppskattning av pulverflödesbeteendet i termer av kohesion. Av de sju stålpulver som undersöktes rankades samma pulver med flödestiden 12 [s/(50 g)] i topp tre för alla flödestester. Så detta pulver rekommenderas för användning i additiv tillverkning. Dessutom placerades ett annat pulver som misslyckades i flödesmätartester konsekvent mot botten av alla tester