Supply challenges in additive manufacturing for propulsive applications

Powder quality assurance is essential to obtain parts with suitable mechanical properties in Selective Laser Melting manufacturing technique. Rigorous testing, qualification, and standardization procedures are still required for a wide-spread application of Additive Manufacturing for propulsive components in the space sector. This work aims to provide a critical in-depth evaluation of the impact of the principal powder supply chain phases on the micro-structural powder properties. The material considered for the analysis is Inconel 718 (IN-718), a high-strength Nickel-based superalloy widely employed in the aerospace industry. In particular, the effects of powder reuse on its quality are studied through the development of a proper recycling methodology, a tailored test plan for the employed metal powders and an experimental granulometry investigation. The results obtained from a laser diffraction particle sizing technique allow to infer that a proper usage of recycled Inconel powders leads to unremarkable changes in granulometric properties. Therefore, the achieved outcomes of the present work help to validate a customized qualification procedure for IN-718 powders for its use in propulsive applications through Selective Laser Melting manufacturing.

La produzione di componenti propulsivi tramite tecnologia additiva richiede un accurato controllo ed analisi delle polveri metalliche impiegate. Nonostante il recente sviluppo di procedure di qualifica standardizzate, manca ancora una metodologia uniformata che permetta di determinare chiaramente le connessioni esistenti tra le proprietà microstrutturali delle polveri, le diverse fasi del processo produttivo e le caratteristiche metallurgiche e meccaniche del componente finito. Lo scopo del presente lavoro, pertanto, è quello di analizzare le diverse fasi che concorrono a creare la filiera delle polveri in Inconel 718 (IN-718), così da migliorarne le prestazioni attraverso lo studio del loro impatto sulle caratteristiche microstrutturali. Questa ricerca ha portato allo sviluppo di un piano di sperimentazione specifico per le polveri in Inconel, realizzato per poter valutare in maniera opportuna le variazioni delle loro proprietà a seguito delle molteplici tappe del processo produttivo. La tecnologia di fusione laser selettiva dei metalli (Selective Laser Melting), inoltre, permette il riutilizzo delle polveri non fuse durante il processo. Gli effetti dei processi di riciclo, dunque, vengono approfonditi in questo studio attraverso la formulazione teorica di un’opportuna metodologia che consente la valutazione della fattibilità di produzione con polvere soggetta a più cicli di stampa. L’analisi empirica effettuata con un granulometro a diffrazione laser permette di asserire che, attraverso lo sviluppo di un metodo opportuno di riciclo e campionamento delle polveri, un numero non elevato di cicli di riutilizzo non influisce in maniera preponderante sulle proprietà granulometriche delle polveri in Inconel analizzate.