Heat treatable aluminum alloy consolidated by selective laser melting

Selective Laser Melting (SLM) is an additive manufacturing technique that implement 3D-CAD files and a high power laser beam, to allow the production of 3D parts by melting the metal powder particles together. The processing parameters are fundamental factors to ensure the fusion of metallic powder particles until the creation of a final part. Currently, dense parts of different geometries are developed for automotive, aerospace and medical industries, using materials as: Ti6Al4V, stainless steel 316L and aluminum alloy AlSi10Mg. Aluminum alloys are presently used in additive manufacturing processes for the production of functional and structural parts for the automotive and aerospace industry. Heat treatable aluminum alloys are studied in order to achieve dense parts with high mechanical properties. For the experiments presented in this thesis, an Al 2618 aluminum alloy was investigated. It can be heat treated, reaching superior mechanical properties either at room or high temperatures. Cubic samples were manufactured by an SLM prototype machine. The first aim of this work was the identification of the processing parameters able to melt the powder particles to obtain a full dense geometry. Subsequently, the full dense samples were microstructurally characterized using optical and scanning electron microscope. The aging response was evaluated by measuring the evolution of hardness over time and by differential scanning calorimetry (DSC) analyses. Mechanical properties were investigated by compression tests, to correlate the mechanical behavior of SLM parts with their peculiar microstructure.

Selective Laser Melting (SLM) è una tecnica di manifattura additiva che permette la produzione di elementi solidi attraverso l'interazione di un fascio laser con la polvere metallica, partendo da un file 3D-CAD. I parametri di processo sono fondamentali per garantire la fusione delle particelle di polvere metallica fino alla creazione del pezzo. Attualmente si fabbricano componenti e parti di diverse geometrie per l’industria meccanica, aerospaziale e medica, utilizzando materiali quali: Ti-6Al4V, acciai inossidabili 316L e leghe di alluminio AlSi10Mg. Le leghe di alluminio attualmente vengono utilizzate nella manifattura additiva per la produzione di parti strutturali e funzionali per l'industria aerospaziale e automobilistica. Le leghe di allumino ad alta resistenza e trattate termicamente vengono studiate per ottenere parti non porose a elevate proprietà meccaniche. Per questa tesi è stata implementata una lega di alluminio Al 2618. Può essere trattata termicamente mostrando migliori proprietà meccaniche sia a temperatura ambiente sia a temperature elevate. Sono stati realizzati campioni cubici tramite SLM. Il primo obbiettivo è stato l’ottimizzazione dei parametri per raggiungere la densità di potenza adatta per generare la pozza fusa di materiale e ottenere un pezzo non poroso. Successivamente i campioni ottenuti sono stati caratterizzati microscopicamente tramite un microscopio ottico e un microscopio elettronico a scansione. La risposta all’invecchiamento è stata valutata con l’evoluzione della durezza nel tempo e con la tecnica della calorimetria differenziale a scansione (DSC). Le proprietà meccaniche sono state studiate con prove di compressione, correlando il comportamento meccanico dei campioni con la loro peculiare struttura ottenuta dalla SLM.