Selective laser melting di metalli e leghe biocompatibili

Selective Laser Melting technique is used in this work to melt a Stainless Steel AISI 316L, Iron and Zinc powder bed. AISI 316L is widely used in medical industry, largely studied and easy to find. Whilst pure iron and pure zinc are more difficult to find and are less studied in the state of the art. Furthermore pure iron and pure zinc are biodegradable metals, they are not rejected by the human body and can dissolve in it. For the experiments a prototype system designed in laboratory, a scanning system El.En scanfiber and a fiber laser source IPG-YLR1000 (1070nm) are used. The main aspects investigated are the density and the porosity related to the variation of the process parameters. The aim is to minimize the macro-porosity due to lack of complete solidification. This work tries to obtain a control about density and porosity, analyzing also the related mechanical properties such as microstructure and yield strength. Iron and stainless steel shows that is possible to reach density level close to full dense part (99,1%, 98,3%), whereas density level of zinc reached is 90%. In the same case the porosity reached for pure iron and stainless steel is under 1%, and about pure zinc is around 12%. The mechanical properties of the SLM samples that has been considered in this study are comparable to the ones obtained with others conventional manufacturing methodologies.

La tecnica Selective Laser Melting è stata utilizzata nella presente tesi per realizzare riporti fondendo polvere di materiali metallici biocompatibili, nello specifico acciaio inossidabile AISI316L, ferro puro e zinco puro. L’acciaio inossidabile è utilizzato come materiale convenzionale, molto conosciuto e facile da reperire, mentre ferro e zinco sono meno facili da reperire e meno conosciuti allo stato dell’arte. Inoltre questi ultimi sono anche biodegradabili, cioè sono ben tollerati dal corpo umano e si disciolgono in esso. Il sistema utilizzato non è una macchina industriale bensì un sistema prototipale completamente progettato e realizzato in laboratorio appositamente per questo studio, utilizzando una sorgente laser IPG-YLR1000 (1070 nm) combinata a uno scanner El.En scanfiber. Gli aspetti principali osservati sono la porosità e la densità dei riporti ottenuti, si cerca infatti di ottenere una controllo di queste proprietà al variare dei parametri di processo, con l’obiettivo di minimizzare la porosità dovuta alla mancata solidificazione completa del fuso. È stata data anche attenzione alla caratterizzazione della microstruttura dei riporti ed alcune proprietà meccaniche quali la microdurezza e la resistenza allo snervamento. È stato possibile raggiungere livelli di densità molto interessanti per tutti i materiali studiati, in particolare ferro e acciaio inossidabile hanno raggiunto densità molto vicine al pieno (99,1% e 98,3%), mentre lo zinco ha comunque raggiunto livelli attorno al 90%. Analogamente i livelli di porosità raggiunti per i primi due materiali sono sotto al 1%, mentre lo zinco ha raggiunto livelli intorno al 12%. Anche l’aspetto meccanico ha dato buoni risultati, infatti le proprietà investigate dei riporti realizzati SLM sono confrontabili con le proprietà ottenibili con altre tecniche tradizionali di fabbricazione.