Selective laser melting of AlSi9Cu3 alloy : process optimization and material characterization

The present thesis work concerns the production through Selective Laser Melting (SLM) of components in AlSi9Cu3 aluminum alloy, whose employment for SLM has been scarcely investigated. Process parameters (laser power, exposure time and point distance) have been systematically varied and the parts thus produced have been analyzed in terms of relative density in order to identify the optimal set of process parameters. The optimized set of parameters yielded parts with a relative density of 99.2%, which have been characterized through compositional, microstructural and calorimetric analysis. The response of the alloy to different thermal treatments (T6, T5 and stress relieve) has been studied in order to assess the influence of the processing technique on precipitation phenomena, typical of aluminum alloys, and optimize the abovementioned heat treatments. SLM–built samples showed reduced response to age hardening with respect to the ones produced by conventional techniques, while good strength was obtained thanks to the retention of the fine microstructure induced by rapid cooling during the SLM process. Finally, tensile tests have been performed on specimens produced with the optimized set of parameters and subjected to the previously optimized heat treatments, in order to investigate the mechanical properties. The SLM parts resulted to have better tensile performance than the cast material, both in terms of strength and of elongation.

Il presente lavoro di tesi riguarda la produzione tramite Selective Laser Melting (SLM) di componenti in AlSi9Cu3, una lega di alluminio la cui realizzazione tramite SLM è stata finora scarsamente studiata. I parametri di processo (potenza del laser, tempo di esposizione e distanza tra gli impulsi) sono stati sistematicamente variati e le parti così realizzate sono state analizzate i termini di densità relativa per identificare la combinazione ottimale di parametri di processo. Tale combinazione permette di ottenere parti con densità relativa del 99.2%, le quali sono state caratterizzate tramite analisi composizionale, microstrutturale e calorimetrica. La risposta della lega a diversi trattamenti termici (T6, T5 e trattamento di distensione) è stata studiata per analizzare l’influenza della tecnica di realizzazione sui fenomeni di precipitazione, tipici delle leghe di alluminio, ed ottimizzare i trattamenti termici soprammenzionati. I campioni realizzati tramite SLM hanno mostrato una risposta all'indurimento per precipitazione contenuta rispetto a quelli prodotti con tecniche convenzionali, mentre sono stati ottenuti buoni valori di resistenza grazie al mantenimento della microstruttura fine dovuta al raffreddamento rapido durante la realizzazione tramite SLM. Infine, prove di trazione sono state eseguite su provini prodotti utilizzando la combinazione ottimale di parametri e sottoposti ai trattamenti termici precedentemente ottimizzati, con l’obiettivo di studiarne le proprietà meccaniche. Le parti realizzate tramite SLM sono risultate avere un comportamento migliore a trazione rispetto alla lega prodotta per fusione, sia in termini di resistenza che in termini di allungamento.