Mechanical and tribological behavior of 3D parts manufactured by additive processes

Abstract

O Fabrico Aditivo (AM) é um tema cada vez mais explorado na área dos materiais metálicos, sobretudo pela sua viabilidade, custo e capacidade de redução do tempo de execução de tarefas. O Fabrico Aditivo é claramente uma área da indústria 4.0, uma vez que o mesmo influencia a introdução de novos produtos no mercado, modelos de negócio ou, até mesmo, toda a cadeia de abastecimento. A maior parte dos processos aditivos, em que se trabalha com metais, utiliza pós como matéria prima.O MEX – Material Extrusion Additive Manufacturing of Metal – anteriormente conhecido por “fused deposition modelling – FDM” ou “fused filament fabrication - FFF”, tem sido objeto de estudo, não só devido às suas bases serem semelhantes às da impressão 3D convencional (polímeros), mas também por ser uma tecnologia que não requer equipamento caro quando comparado a outras associadas a processos aditivos como o “powder bed fusion – PBF” ou a “direct energy deposition – DED”.O objetivo principal do trabalho apresentado passa por perceber de que modo a porosidade de peças de aço inoxidável austenítico 316L obtidas por MEX – “Material Extrusion Additive Manufacturing of Metal” - afeta o seu comportamento mecânico. Foram conformadas peças com diferentes alturas (3 e 5 mm) utilizando um filamento constituído por 60%vol de pó metálico de aço 316L e por 40% de um ligante previamente optimizado. Seguiu-se a eliminação do ligante e sinterização em atmosfera de árgon. A porosidade durante as diferentes etapas foi monitorizada de forma a ser percetível a sua evolução, podendo-se assim, evitar a mesma quando pretendido. As amostras foram caracterizadas e submetidas a ensaios de desgaste abrasivo utilizando um tribómetro.

Additive Manufacturing (AM) is increasingly an emerging theme in the metallic materials area, especially by its feasibility, cost, and time reduction capacity. Once AM is an enabling technology helping with new products, businesses, models, and supply chains, it has to inescapably be classified as a 4.0 Industry area. Most of metallic AM processes use micrometric powders as raw material.Previously called “fused deposition modelling – FDM” or “fused filament fabrication - FFF”, MEX – Material Extrusion Additive Manufacturing of Metal – has attracted a lot of attention since its familiarities with the conventional (polymer) 3D printing. Also, MEX neither require a high-power source or expensive equipment when compared to other common metal AM processes, such as powder bed fusion - PBF or direct energy deposition - DED.The main objective of the work here presented is to understand how the porosity of 316L parts created using MEX affects its mechanical behaviour. Parts with different heights (3 and 5 mm) were printed using a filament made from a feedstock with 60%vol of 316L Stainless Steel powder and 40%vol of a binder system previously optimized. Specimens were then submitted to debinding and sintering under argon atmosphere. Porosity during the different steps of the process was monitored to understand its evaluation and how to avoid it when intended. Each specimen was characterized by depth sensing indentation and submitted to abrasive wear testing using a ball-cratering tribometer.