Laser Powder Bed Fusion Additive Manufacturing of Aluminium -a Review of Challanges and Proposed Solutions

Abstract

Additiv tilvirkning (populært kalt 3D-printing) har fått mye oppmerksomhet de siste årene på grunn av dets unike muligheter som komplekse geometrier som ikke kan oppnås med tradisjonelle teknologier. Det er voksende interesse i mange industrier som romfart-, forsvar- og bilindustri, for å produsere aluminiumsdeler med den additive tilvirkningsteknologien laser powder bed fusion. Det er forøvrig en rekke utfordringer som må løses for å kunne produsere tilfredstillende aluminiumsdeler med denne teknologien. I denne oppgaver har eksiterende litteratur som undersøker utfordringer og løsninger rundt temaet blitt samlet og undersøk, for å gi en oversikt over utfordringer og hvilke løsninger som er foreslått for å løse disse. To litteraturstudier ble gjennomført, hvor begge resulterte i en artikkel hver. Det første litteraturstudiet tok for seg aluminiumslegeringer generelt, og undersøkte utfordringer og hvilke løsninger som var foreslått i litteraturen for å løse disse. Det andre litteraturstudiet tok for seg aluminiumslegeringer med høy styrke i 2xxx- og 7xxx-seriene og hvilke løsninger som er foreslått for å suksessfullt kunne produsere deler med disse legeringene. En sammenlikning og analyse av de to studiene ble gjennomført for å kartlegge forskjeller og likheter mellom tilnærminger til aluminiumslegeringer generelt og de i 2xxx- og 7xxx-seriene. Gjennom dette arbeidet ble det funnet at å justere skannehastigheten var den mest undersøkte løsningen. Når det gjelder undersøkelser rundt legeringer i 7xxx-serien var det å tilsette legeringselementer i pulveret like populært som å justere skannehastigheten. Løsningen som var minst undersøkt var å justere lagtykkelsen og de minst undersøkte utfordringene var oksidering av pulveret og krymping av printede deler. Det er foreslått at videre forskning burde fokusere på de mindre undersøkte områdene, som utfordringene med oksidering og krymping og den foreslåtte løsningen å justere lagtykkelsen.

Additive manufacturing (popularly called 3D printing) has experienced a growing interest in recent years due to its unique possibilities such as complex geometries that cannot be achieved with conventional methods. Laser powder bed fusion additive manufacturing (LPBF) of aluminium parts is of great interest in many industries such as aerospace, automotive and defence. However, there are many challenges that must be solved to enable successful production of aluminium parts by laser powder bed fusion. In this thesis, challenges and approaches presented in the existing literature were investigated to give an overview of the frequency of investigated challenges and approaches. Two literature studies which resulted in one paper each, was performed when investigating this topic, whereas one focused on challenges and the proposed solutions to solve this challenges, and the other focused on approaches to enable successful laser powder bed fusion of aluminium wrought alloys in the 2xxx and 7xxx series. A comparison and analysis of the results presented in the two papers were performed to find similarities and differences of approaches between aluminium alloys in general and those in the 2xxx and 7xxx series. It was found that adjusting the scan speed was the most frequently investigated approach in both studies, whereas for alloys in the 7xxx series, adding additives to the aluminium alloy powder was equally popular as adjusting the scan speed. In general, the least investigated approach was to adjust the layer thickness. The least investigated challenges were oxidation and shrinkage. It is proposed that further work should be focused on the challenges of shrinkage and oxidation, and the approach of adjusting the layer thickness.