Laser powder bed fusion (L-PBF) parameter optimization for stainless steel 316L porous microlattices printing

Over the last decade, porous metallic microlattice structures have been a fascinating research topic, gaining significant attention as a result of the introduction and recent developments in metal additive manufacturing. This master thesis investigates the Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) parameter optimization for the fabrication of stainless steel 316L porous microlattices. Owing to the significant impact of printing parameters on the final product in L-PBF, seven batches of samples were printed and investigated at three different scanning speeds, with two variations of five- and ten-layer repeats in each hatch and two 90° and 45°hatch angles. Employing scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy (OM), the microstructural effects of varying printing parameters were systematically examined, and fractography of compressed samples was used to investigate the distinctions in the failure behavior of these batches. Compression tests, coupled with Digital Image Correlation (DIC) analysis, were employed to assess the impact of printing parameters on the lattice compressive strength. Results reveal that a lower number of layer repetitions, reduced scanning speed, and a 90° hatch angle yield optimal mechanical properties. These parameter combinations enhance microstructural characteristics, reduce porosity, and refine grain structure, contributing to improved compressive strength. The study's findings laid the foundation for further research, offering guidance for designing high-strength microlattices through the alternation of printing parameters. This study is unique in that the manufacturing of the micro-size lattices without a CAD model and directly through the control of the parameters like hatch angle, hatch spacing, and layer repetition are not applicable on an industrial scale, and they became possible because Sharebot, as an AM machine manufacturer and supplier of studied samples, has the ability to produce samples with such alternating parameters.

Nel corso dell’ultima decade, le strutture microreticoli metalliche porose hanno costituito un affascinante oggetto di ricerca, guadagnando notevole attenzione a seguito dell'introduzione e degli sviluppi recenti nella manifattura additiva di metalli. Questa tesi magistrale indaga l'ottimizzazione dei parametri di Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) per la fabbricazione di microreticoli porosi in acciaio inossidabile 316L. A causa dell'importante impatto dei parametri di stampa sul prodotto finale in L-PBF, sono stati stampati e analizzati sette lotti di campioni a tre diverse velocità di scansione, con due varianti di ripetizioni di cinque e dieci strati in ciascun passo e due angoli di passo di 90° e 45°. Utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la microscopia ottica (OM), gli effetti microstrutturali dei vari parametri di stampa sono stati esaminati sistematicamente, mentre la frattografia dei campioni compressi è stata impiegata per indagare le differenze nel comportamento di rottura di questi lotti. Test di compressione, accoppiati con l'analisi di correlazione di immagini digitali (DIC), sono stati impiegati per valutare l'impatto dei parametri di stampa sulla resistenza a compressione del reticolo. I risultati rivelano che un minor numero di ripetizioni degli strati, una ridotta velocità di scansione e un angolo di passo di 90° producono proprietà meccaniche ottimali. Queste combinazioni di parametri migliorano le caratteristiche microstrutturali, riducono la porosità e affinano la struttura granulare, contribuendo a una migliorata resistenza a compressione. Le conclusioni dello studio hanno gettato le basi per ulteriori ricerche, offrendo indicazioni per la progettazione di microreticoli ad alta resistenza attraverso l'alternanza dei parametri di stampa. Questo studio è unico poiché la produzione dei reticoli di dimensioni microsenza un modello CAD e direttamente attraverso il controllo dei parametri come l'angolo di passo, lo spaziamento del passo e la ripetizione degli strati non è applicabile su scala industriale e è diventato possibile grazie a Sharebot, in quanto produttore di macchine additive (AM) e fornitore dei campioni studiati, che ha la capacità di produrre campioni con tali parametri alternati.