Analytical model of single track shape prediction in laser metal deposition

Laser Metal Deposition is an Additive Manufacturing technique that is becoming increasingly important. Together with the technology, in the last years, it has increased the request of modelling. For this reason, an analytical model has been created for predicting the shape of single deposited tracks on a flat surface, during the process of Laser Metal Deposition. The predicted results were compared with previous data obtained from Politecnico di Milano utilizing Fiber laser source with INCONEL 625 powder on RENE 80 base plate, and with specific experiments performed in the Swinburne University of Technology: CO2 laser source with Metco 56C-NS powder on mild steel base plate and Diode laser source in combination with Stellite 6 powder on mild steel base plate. The obtained tracks where first observed with stereo microscope, then they were cut, polished, chemically etched and observed with the microscope. Finally, hardness test was performed. Regarding the first experimental campaign the model was able to fit well the experimental results. In the second and in the third experimental campaign, the experimental results were completely different and a different version of the model was used in order to have a better match. The results of this second version of the model were good only regarding the forecast of the height of the track. The completely different experimental results obtained, pointed out the importance of customized modelling in respect to the laser source, laser power distribution and powder injection.

Laser Metal Deposition è una tecnica di fabbricazione additiva che sta diventando sempre più importante. Negli ultimi anni, insieme con la tecnologia, è aumentata la sua richiesta di modellazione. Per questo motivo, un modello analitico è stato sviluppato, al fine di predire la forma di singole tracce depositate su una superficie piana durante il processo. I risultati del modello sono stati comparati con precedenti dati ottenuti presso il Politecnico di Milano utilizzando un laser a sorgente fibra abbinato a polvere INCONEL 625 su base di RENE 80 e con specifici esperimenti realizzati presso la Swinburne University of Technology: sorgente laser a CO2 abbinata a polvere Metco 56C-NS su base di mild steel e laser a Diodo in combinazione con polvere stellite 6 su base di mild steel. Le tracce ottenute sono prima state osservate allo stereo microscopio, poi sono state tagliate, lucidate, attaccate chimicamente e osservate al microscopio elettronico. Infine test di durezza sono stati realizzati. Riguardo la prima campagna sperimentale, il modello è stato capace di predire adeguatamente i risultati sperimentali. Nella seconda e nella terza campagna sperimentale i risultati sperimentali sono stati completamente diversi e una nuova versione del modello è stata usata per avere una migliore corrispondenza. I risultati ottenuti nelle diverse campagne sperimentali sono risultati molto diversi tra di loro, evidenziando l’importanza della customizzazione dei modelli rispetto alla sorgente laser, alla distribuzione della potenza nel fascio e all’ iniezione della polvere.