Prototyping and characterisation of 316L stainless steel parts produced by fused filament fabrication

Fused filament fabrication (FFF) is one of the most popular additive manufacturing (AM) techniques. With the FFF technology, solid metal parts can be produced by coupling 3D printing with debinding and sintering and using a filament composed of metal powders and polymer binders. Compared with powder-bed-fusion-based metal AM, FFF is a more affordable and easy-to-operate technology. This work explores the manufacturing and characterisation of green and sintered parts obtained through metal FFF. The filament used is the Ultrafuse 316L, filled with AISI 316L austenitic stainless steel powder at 90% in weight. The study started with analysing and optimizing the printing parameters to manufacture fully dense parts. These printing parameters were then used to fabricate specimens for tensile testing. Subsequently, finite element analyses were conducted to expand the knowledge of the design rules related to the debinding process. Specimens were printed to validate these simulations. Finally, parts with complex geometries, such as lattice structures, were also printed to explore the manufacturing potential of the metal FFF process.

La modellazione a deposizione fusa (FFF) è una tra le più popolari tecniche di manifattura additiva (AM). Attraverso la stampa 3D unita a un ciclo di deceraggio e sinterizzazione, possono essere prodotti componenti interamente in metallo a partire da un filamento composto di polveri di metallo e leganti polimerici. La FFF è una tecnologia poco costosa e facile da usare se paragonata alle tecniche di AM per metalli a letto di polvere. La tesi esplora le possibilità offerte dal filamento, in termini di proprietà del materiale e di geometrie riproducibili. Il filamento utilizzato è Ultrafuse 316L, con polveri di acciaio inossidabile austenitico AISI 316 al 90% in peso. Lo studio inizia con l’analisi e l’ottimizzazione dei parametri di stampa, per ottenere campioni senza porosità. I parametri di stampa ottimizzati sono stati utilizzati per la produzione di provini per test a trazione. Successivamente, sono state condotte delle analisi agli elementi finiti per ampliare le conoscenze delle regole di progettazione per un processo di deceraggio di successo. Per convalidare le analisi di deceraggio, dei campioni sono stati stampati. Infine, sono stati stampati componenti con geometrie complesse, come le strutture reticolari, per esplorare il potenziale produttivo della tecnologia FFF.