Selective laser melting (SLM) is an additive manufacturing process by melting metallic powders and stacking into layers, and can product complex shapes or near-net-shape (NNS) that are difficult to product by conventional processes. Also, SLM process is able to raise the efficiency of production by creating a streamlined manufacturing process. For manufacturing in SLM process using Ti-6Al-4V powder, analysis of microstructural evolution and evaluation of mechanical properties are essential because of rapid melting and solidification process of powders according to high laser power and rapid scan speed. In addition, it requires a post-processing because the soundness and mechanical properties are degraded by defects such as pore, un-melted powder, lack-of-fusion, etc. In this study, hot isostatic press (HIP) was conducted as a post-processing on SLM-printed Ti-6Al-4V alloy. Microstructure of post-processed Ti-6Al-4V alloy was compared to as-built Ti-6Al-4V, and the evolution of quasi-static (Vickers hardness, room temperature tensile characteristic) and dynamic (high-cycle fatigue characteristic) mechanical properties were analyzed.
선택적 레이저 용융 (SLM, Selective Laser Melting) 기술은 미세한 금속 분말 위에 레이저를 조사하여 특정 영역의 융착을 진행하고 이 과정을 반복적으로 진행함으로써 최종적으로 3차원 형태의 구조물을 제작하는 최신의 적층 공정 기술이다. 적층 공정 기술 특성상 레이저에 의한 금속 소재의 용융 현상은 레이저의 조사 방향과 적층 방향 등 공정 조건에 의해 방향성을 가지게 되며 이로 인해 구조물 내에서 금속 소재 조성은 불균일 특성을 보인다. 본 연구에서는 SLM 기술을 적용하여 알루미늄 (AlSi10Mg) 시편을 제작하고 시편 내부의 소재 조성 특성을 분석하였다. 시편은 적층 제작 방향을 기준으로 0°, 45°, 90°로 구분하여 실린더 형태로 제작하였으며 시편 평면의 표면 형상을 광학적으로 분석하였다. 그리고 레이저 조사로 생성되는 시편 내부의 멜팅풀 형상을 대상으로 하여 멜팅풀 내부와 경계면에 대해 각각 TEM 분석을 수행하였다. 분석 결과로부터 멜팅풀 내부와 경계면의 미세 셀 구조의 차이를 확인하였고, Si 의 조성 비율이 셀의 경계면에서 더 높게 보임을 확인하였다.
Selective laser melting(SLM) is one of the powder bed fusion(PBF) processes, which enables quicker production of nearly fully dense metal parts with a complex geometry at a moderate cost. However, the process still lacks knowledge and the experimental evaluation of possible process parameter sets is costly. Thus, this study presents a finite element analysis model of the SLM process to predict the melt pool characteristics. The physical phenomena including the phase transformation and the degree of consolidation are considered in the model with the effective method to model the volume shrinkage and the evaporated material removal. The proposed model is used to predict the melt pool dimensions and validated with the experimental results from single track scanning process of Ti-6Al-4V. The analysis result agrees with the measured data with a reasonable accuracy and the result is then used to evaluated each of the process parameter set.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology
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제5권5호
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pp.605-612
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2018
This work investigates the relationships between the static mechanical properties of Ti-6Al-4V manufactured through selective laser melting (SLM) and post-process heat treatments, namely stress relieve, annealing and hot isostatic pressing (HIP). In particular, Ti-6Al-4V parts were fabricated in three different build orientations of X, Z, and $45^{\circ}$ to investigate the multi-directional mechanical properties. The results showed that fully densified Ti-6Al-4V parts with densities of up to 99.5% were obtained with optimized SLM parameters. The microstructure of stress relieved and mill annealed samples was dominated by fine ${\alpha}^{\prime}$ martensitic needles. After HIP treatment, the martensite structure was fully transformed into ${\alpha}$ and ${\beta}$ phases (${\alpha}+{\beta}$ lamellar). Within the realm of tensile properties, the yield and ultimate strength values were found statistically similar with respect to the built orientation for a given heat treatment. However, the ductility was found orientation dependent for the HIP samples, where a lower value was observed for samples built in the X direction.
Purpose: This in vitro study aimed to evaluate the clinical acceptability of precision of fit of the support thickness of Co-Cr alloy copings fabricated using selective laser melting (SLM). Methods: Thirty dental stone models of maxillary left molar abutments were manufactured, images were taken using a scanner, and a computer-aided design program was used to design the form of a conventional metal ceramic crown coping. Overall, 30 single copings were made from Co-Cr alloy using SLM and divided into three support radius groups (0.1, 0.25, and 0.35 mm) of 10 for each. Digitized data were superimposed with three-dimensional inspection software to quantitatively obtain the machinability of a ceramic crown coping, and visual differences were confirmed using a color map. The root mean square values of the ceramic crown coping group were statistically analyzed using one-way analysis of variance (α=0.05). Results: The precision of fit was superior with 0.25 mm compared with 0.1 mm and 0.35 mm, and the results exhibited significant differences (p<0.05). All specimens showed that various support thicknesses did not exceed the clinically permitted value of 120 ㎛, which mean that more than 0.1 mm and 0.35 mm of support radius for SLM was adequate. Conclusion: The support thickness of Co-Cr alloy restoration fabricated using SLM is shown to affect the adaptation.
In this study, Al-Si-Mg alloys are additively manufactured using a selective laser melting (SLM) process from AlSi10Mg powders prepared from a gas-atomization process. The processing parameters such as laser scan speed and laser power are investigated for 3D printing of Al-Si-Mg alloys. The laser scan speeds vary from 100 to 2000 mm/s at the laser power of 180 and 270 W, respectively, to achieve optimized densification of the Al-Si-Mg alloy. It is observed that the relative density of the Al-Si-Mg alloy reaches a peak value of 99% at 1600 mm/s for 180 W and at 2000 mm/s for 270W. The surface morphologies of the both Al-Si-Mg alloy samples at these conditions show significantly reduced porosities compared to those of other samples. The increase in hardness of as-built Al-Si-Mg alloy with increasing scan speed and laser power is analyzed due to high relative density. Furthermore, it was found that cooling conditions after the heat-treatment for homogenization results in the change of dispersion status of Si phases in the Al-Si matrix but also affects tensile behaviors of Al-Si-Mg alloys. These results indicate that combination between SLM processing parameters and post-heat treatment should be considered a key factor to achieve optimized Al-Si alloy performance.
Purpose: In this study, the marginal fitness of ceramic Co-Cr metal crown made by precision casting, milling, and selective laser melting method were compared. Methods: The ceramic Co-Cr metal crown manufactured by precision casting used the lost wax(LC specimen) method. The abutment were scanned and then made by milling(CM specimen), selective laser melting(CS specimen) method. The specimen were cut bucco-lingual and mesio-distal, and absolute marginal discrepancy and marginal gap were measured using a digital microscope. The surface roughness of the crown was also observed. Results: On the bucco-lingual axial, absolute marginal discrepancy was the LC specimen $31.72({\pm}4.58){\mu}m$, the CM specimen $78.29({\pm}3.28){\mu}m$ and the CS specimen $143.13({\pm}3.83){\mu}m$, respectively. On the bucco-lingual axial, marginal gap was the LC specimen $22.70({\pm}1.46){\mu}m$, the CM specimen $22.70({\pm}1.49){\mu}m$ and CS specimen $99.60({\pm}1.57){\mu}m$, respectively. Conclusion: For ceramic Co-Cr metal crowns, LC specimen was superior for absolute marginal discrepancy and marginal gap. The surface of metal crowns by selective laser melting were the roughest.
In this study, STS316L powders prepared by gas atomization are used to manufacture bulk structures with dimensions of $10{\times}10{\times}10mm^3$ using selective laser melting (SLM). The microstructures and hardness of the fabricated 316L stainless steel has been investigated with the laser beam overlap varied from 10% to 70%. The microstructures of the fabricated STS316L samples show a decrease in the balling and satellite of powders introducing defect in the bulk samples and the porosity caused by the gap between the molten metal pools disappearing as the overlap ratio increases, whereas a low overlap ratio results in significant balling and a large amount of isolated powders due to the increased gap between the melt pools. Furthermore, the highest value in Vickers hardness is obtained for the sample fabricated by 30% overlapped laser beams. These results show that the overlap ratio of laser beams in the SLM process should be considered as an important process parameter.
The restoration of extensive zygomatic complex defects is a surgical challenge owing to the difficulty of accurately restoring the normal anatomy, symmetry, proper facial projection and facial width. In the present study, an extensive post-traumatic zygomatic bone defect was reconstructed using a custom-made implant that was made with a selective laser melting (SLM) technique. The computer-designed implant had the proper geometry and fit perfectly into the defect without requiring any intraoperative adjustments. A one-year follow-up revealed a stable outcome with no complications.
In this study, two types of SKD61 tool-steel samples are built by a selective laser melting (SLM) process using the different laser scan speeds. The characteristics of two kinds of SKD61 tool-steel powders used in the SLM process are evaluated. Commercial SKD61 tool-steel power has a flowability of 16.68 sec/50 g and its Hausner ratio is calculated to be 1.25 by apparent and tapped density. Also, the fabricated SKD61 tool steel powder fabricated by a gas atomization process has a flowability of 21.3 sec/50 g and its Hausner ratio is calculated to be 1.18. Therefore, we confirmed that the two powders used in this study have excellent flowability. Samples are fabricated to measure mechanical properties. The highest densities of the SKD61 tool-steel samples, fabricated under the same conditions, are $7.734g/cm^3$ (using commercial SKD61 powder) and $7.652g/cm^3$ (using fabricated SKD61 powder), measured with Archimedes method. Hardness is measured by Rockwell hardness testing equipment 5 times and the highest hardnesses of the samples are 54.56 HRC (commercial powder) and 52.62 HRC (fabricated powder). Also, the measured tensile strengths are approximately 1,721 MPa (commercial SKD61 powder) and 1,552 MPa (fabricated SKD61 powder), respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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