Electron beam melting of Ti6Al4V alloy : effect of scanning strategies on microstructure and mechanical properties

This thesis work is focused on the Additive Manufacturing with the Electron Beam Melting (EBM) which was used to produce Ti6Al4V parts. The EBM is a so called ‘hot process’ because of the high temperatures which are kept during the manufacturing process. The process is carried out in a vacuum chamber because of the heat source which cannot be used in a gas environment; moreover, the vacuum reduces the risk of contamination. The present thesis focuses on the effect of scanning strategies, building direction and support type on the microstructure and mechanical properties of built parts. No thermal treatments and no machining were applied to parts to preserve the as-build features. The material characterization showed differences about mechanical properties, surface morphology, microstructure and density of the studied conditions and this underline the complexity of the process and the difficulty to achieve high homogeneity within a job. The results can be exploited to achieve higher homogeneity of the final components and to improve the optimization of the process.

Questo lavoro di tesi si focalizza sullo studio della manifattura additiva con fascio elettronico (Electron Beam Melting) applicata alla lega di Titanio Ti6Al4V. Il processo EBM è un processo definito ‘a caldo’ per via delle alte temperature di preriscaldo raggiunte prima della fusione del materiale. Inoltre, l’intero processo avviene in una camera a vuoto a causa della natura della sorgente termica e ciò riduce notevolmente il rischio di contaminazioni. Lo studio corrente si è focalizzato sull’effetto delle strategie di scansione adottate durante il processo, l’effetto della direzione di crescita e l’influenza del tipo di supporto sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche del componente finale. Durante la campagna sperimentale non sono stati applicati trattamenti termici né lavorazioni meccaniche al fine di preservare le proprietà dei provini fabbricati. La caratterizzazione dei pezzi prodotti ha evidenziato delle differenze nelle proprietà meccaniche, morfologia superficiale, microstruttura e densità al variare della condizione studiata evidenziando la complessità del processo e la difficoltà nell’ottenere proprietà omogenee all’interno di un job. I risultati di questa tesi potranno essere sfruttati per ottenere una migliore omogeneità dei componenti prodotti e per ottimizzare il processo.