Experimental characterization of pure copper additive manufacturing produced by metal extrusion

Additive manufacturing of metals is a technology where metal parts are built layer by layer from a 3D model. To do this, a heat source is used to melt metal powder or metal rods. There is a large selection of processes that uses different materials and layer deposition techniques. As metal additive manufacturing is a growing field, it is essential to understand the various processes and the properties of metal additive manufactured components. Desktop Metal is an American company, one of the very first industries able to put on the market a machine that offers Bound Metal Deposition technology and spread it worldwide. This work aims to characterize as-sintered pure copper produced from the Bound Metal Deposition (BMD) process via a unique extrusion-based machine commercialized as a Desktop Metal Studio System. The weight of the as-sintered samples is measured using a precision balance. Length, width, thickness, bending (or deflection), surface roughness, and surface texture measurement of the samples are measured using surface topography images taken from Alicona Infinite Focus and Mahr Surf CWM 100 using IF-Measurement Suite software. The mechanical properties of as-sintered pure copper specimens manufactured by a bound metal deposition process are also studied, and a brief evaluation with the scanning electron microscope is performed. Mechanical properties of the specimens, such as yield strength, ultimate strength, ductility, and modulus of elasticity, are obtained by performing tensile tests. Tensile test results from this study show that the printing speed and layer thickness of the specimens relative to the applied loading does affect the tensile behavior of the material and it is confirmed by fracture analysis using scanning electron microscope.

SOMMARIO La produzione additiva di metalli è una tecnologia in cui le parti metalliche vengono costruite strato per strato da un modello 3D. Per fare ciò, viene utilizzata una fonte di calore per fondere polvere di metallo o barre di metallo. Esiste un'ampia selezione di processi che utilizza diversi materiali e tecniche di deposizione degli strati. Poiché la produzione additiva di metalli è un settore in crescita, è essenziale comprendere i vari processi e le proprietà dei componenti fabbricati con additivi metallici. Desktop Metal è un'azienda americana, una delle primissime industrie in grado di immettere sul mercato una macchina che offre la tecnologia Bound Metal Deposition e di diffonderla in tutto il mondo. Questo lavoro mira a caratterizzare il rame puro come sinterizzato prodotto dal processo Bound Metal Deposition (BMD) tramite un'esclusiva macchina basata sull'estrusione commercializzata come Desktop Metal Studio System. Il peso dei campioni sinterizzati viene misurato utilizzando una bilancia di precisione. Le misurazioni di lunghezza, larghezza, spessore, flessione (o deflessione), rugosità superficiale e struttura della superficie dei campioni vengono misurate utilizzando immagini di topografia superficiale prese da Alicona Infinite Focus e Mahr Surf CWM 100 utilizzando il software IF-Measurement Suite. Vengono inoltre studiate le proprietà meccaniche di campioni di rame puro come sinterizzato prodotti mediante un processo di deposizione di metallo legato e viene eseguita una breve valutazione con il microscopio elettronico a scansione. Le proprietà meccaniche dei provini, come carico di snervamento, carico di rottura, duttilità e modulo elastico, sono ottenute eseguendo prove di trazione. I risultati del test di trazione di questo studio mostrano che la velocità di stampa e lo spessore dello strato dei provini rispetto al carico applicato influiscono sul comportamento a trazione del materiale ed è confermato dall'analisi della frattura mediante microscopio elettronico a scansione.