Chemically assisted mass finishing processes for additively manufactured INCONEL 718 parts

Additive Manufacturing (AM) has been one of the most important technological advancements in recent decades, indeed, quickly and extensively adopted by many high-end application industries. AM can be used to manufacture parts with complicated geometries that would otherwise require specialised tools and complex assemblies. Additionally, it is able to minimise material waste, which adds to the global consciousness towards sustainable manufacturing processes. However, AM introduces also challenges like high surface roughness and defects that require specialised post-processing treatments to be mitigated. The post-processing often increases the overall manufacturing time and cost in order to meet the level of precision, surface finish and strict tolerances demanded by their high-end applications. INCONEL 718 is a Nickel-based superalloy used in the Aerospace, Oil & Gas and other demanding industries, and it is often proposed for additive manufactured components. This thesis aims to mitigate surface roughness and defects of INCONEL 718 components obtained by Selective Laser Melting by developing novel Chemically-Assisted Mass Finishing Processes that combine the benefits of abrasive finishing and chemical polishing. The effect of chemical polishing solution and of mass finishing on the as-built INCONEL 718 parts were studied separately and in combination. Composition of the chemical polishing solutions and process time were optimised to develop the best overall Chemically-Assisted Mass Finishing Process in terms of material removal, reduction in roughness, homogeneity in the morphology of the final surface and avoidance of damage such as pitting. The thesis work was conducted in collaboration with Rosler Italiana SRL.

La Manifattura Additiva (AM) è stata una delle innovazioni tecnologiche più importanti degli ultimi decenni, rapidamente e ampiamente adottata da molte industrie ad applicazioni avanzate. L’AM consente di produrre componenti con geometrie complesse che altrimenti richiederebbero attrezzature specializzate e assemblaggi sofisticati. Inoltre, permette di ridurre al minimo gli sprechi di materiale, contribuendo così alla crescente consapevolezza globale verso processi di produzione sostenibili. Tuttavia, l’AM presenta anche delle sfide, come l’elevata rugosità superficiale e la presenza di difetti, che richiedono trattamenti di post-lavorazione specializzati. La post-lavorazione spesso comporta un aumento del tempo e del costo complessivo di produzione ma è necessaria per soddisfare i livelli di precisione, finitura superficiale e tolleranze stringenti richieste da applicazioni di alto livello. L’INCONEL 718 è una superlega a base di nichel utilizzata nei settori aerospaziale, oil & gas e in altre industrie ad alte prestazioni, ed è spesso proposta per componenti realizzati tramite manifattura additiva. Questa tesi si pone come obiettivo quello di migliorare la rugosità superficiale e ridurre i difetti superficiali di componenti in INCONEL 718 ottenuti tramite Selective Laser Melting, tramite lo sviluppo di nuovi processi di finitura. In particolare, la tesi sviluppa processi di finitura in massa chimicamente assistita in grado di combinare i vantaggi della finitura abrasiva con quelli della lucidatura chimica. La tesi esamina l’effetto, individuale e combinato, di lucidatura chimica e finitura di massa sulla finitura superficiale di componenti in INCONEL 718. L’ottimizzazione del processo combinato ha richiesto la formulazione di nuove soluzioni di lucidatura chimica ed il perfezionamento del tempo di processo, ed è stata valutata in termini di rimozione del materiale, riduzione della rugosità, omogeneità nella morfologia della superficie finale ed assenza di danni quali lo sviluppo di pitting. Il lavoro di tesi è stato svolto in collaborazione con Rosler Italiana SRL. Parole chiave: manifattura additiva, rugosità, INCONEL 718, lucidatura chimica, finitura in massa