Structural Integrity of AISI 316L Fabricated via Material Extrusion Additive Manufacturing

Abstract

Additiv produksjon er en utmerket metode for å produsere komplekse geometrier med forskjellige materialer. Generelt er stålkomponenter produsert for høystyrkeapplikasjoner på grunn av deres høye styrke og evne til å motstå utmatting. Additiv produksjon av stålkomponenter utføres primært ved bruk av avansert utstyr som selektiv lasersmelting, selektiv lasersintring og elektronstrålesmelting. Likevel er disse produksjonsmetodene dyre når det gjelder utstyrskostnaden og produksjonskostnaden.

Oppgaven diskuterer muligheten for å bruke smeltet deponeringsmodellering med sintring for å produsere prøver med minimalt tap i mekaniske egenskaper. Prosedyren utføres ved bruk av et komposittfilament bestående av AISI 316L-partikler og et polymerbindemiddel. Denne produksjonsmetoden krever etterbehandling som avbinding og sintring for å fjerne bindemiddelet og iverksette fortetting av stålprøvene. Til å begynne med utføres eksperimentering av printeparametere for å oppnå utmerkede prøver og for å eliminere defekter som kan påvirke de mekaniske egenskapene. Etter avbinding og sintring utføres strekk- og utmattingstester med de solide AISI 316L-prøvene. Ved å bruke et sveipelektronmikroskop for å analysere bruddflatene, får man informasjon som antall og størrelse på defekter, porefordeling og kornstørrelse. Dessuten brukes mikrostrukturanalysen til å forklare de mekaniske dataene og diskutere fremtidige modifikasjoner for å forbedre egenskapene.

Additive manufacturing is an excellent method of producing complex geometries with various materials. Generally, steel components are manufactured for high-strength applications due to their high strength and fatigue resistance. Additive manufacturing of steel components is primarily conducted using advanced equipment such as selective laser melting, selective laser sintering, and electron beam melting. However, these manufacturing methods are expensive in terms of the initial cost of the equipment and the production cost.

The thesis discusses the possibility of using fused deposition modeling with sintering to manufacture specimens with minimal loss in mechanical properties. The procedure is conducted using a composite filament of AISI 316L particles and a polymer binder. This manufacturing method requires post-processing treatment such as debinding and sintering to remove the binder and initiate densification of the steel specimens. Initially, experimentation of printing parameters is performed to obtain excellent specimens and to eliminate defects that may affect the mechanical properties. After post-processing treatment, tensile and fatigue tests are performed with the solid AISI 316L specimens. Using a scanning electron microscope to analyze the fracture surfaces, information such as the number and size of defects, pore distribution, and grain size is obtained. Moreover, the microstructure analysis is used to explain the mechanical data and discuss future modifications to improve the properties.