3D Printing of Inconel 718 by Meam (Metal Extrussion Additive Manufacturing)

Abstract

Mentre que en els últims anys s'ha avançat molt en la distribució de tecnologies d'impressió 3D com FDM, poc s’ha avançat en solucions de baix cost per utilitzar metalls mitjançant la fabricació additiva. L'objectiu d'aquest projecte és presentar una solució que utilitzi una impressora FDM modificada, així com un equip mínim d'alta gamma, per poder fabricar peces de superaliatge amb base de níquel: Inconel 718 Aquest treball ésla continuació de projectes anteriorsrealitzats en la mateixa unitat del departament. L'objectiu principal era fabricar mostres de tracció amb una mida més gran per a treballar amb mostres similars als componentsimpresos en 3D de la vida real que es poden trobar a la indústria. A més,s’han incorporat una sèrie de millores en el procés de impressió que permeten treballar amb mostres més grans i amb més fiabilitat. S’han imprimit mostres per assatjos de tracció de fins a 80 mm de llargada i amb un gruix de 8 mm, sense mostrar defectes amb una inspecció visual. Els aglutinants es van eliminar amb un primer debinding de l’agluitinantsoluble a 50‐60ºC durant 20 h i un posterior debinding tèrmic a 600ºC durant una hora. Finalment es va fer un sinteritzat a temperatures entre 1295‐1310°C amb uns temps de 4-6h No es van podertrobarmillores en les propietatsmecàniquesja que es va trobar que lesmostrestenien defectes importants a l’interior. La causa més probable d’aquest defectes podria estar al procés de debinding on no es va eliminar de manera efectiva tot l’aglutinant, que va afectar al sinteritzat de les mostres. S’han provat una àmplia gamma de suportsi configuracions per garantir el màxim rendiment durant la sinterització, de manera que s’ha trobat un compromís per limitar la deformació a l’eix longitudinal o torcejat i mantenir una bona qualitat del sinteritzat. Això s’ha fet afegint un pes a la part superior de les mostres durant la sinterització, així com posant les mostres en un suport. Aquest suport assegura el màxim de conducció directa de calor entre el suport i el tub del forn. S’han realitzat assaigs demicroduresa I de tracció amb videoextensometria. Les mostress’han analitzat mitjantçant microscopia electrónica i s’ha estudiat la fractografia. Es va aconseguir una bona repetibilitat amb els nous paràmetres d'impressió, el que ha permès imprimir peces de gran mida de forma constant. Elsresultats de densitat mostren que malgrat els valorssón més baixos que en treballs anteriors, són més homogenis i constants en totes les mostres. No es poden treure conclusions clares sobre el tractament tèrmic final de precipitació , ja que el material base presentava unes pobres propietats. Llavors, caldrà realitzar futurs estudis.

Mientras que en los últimos añosse ha avanzado mucho en la distribución de tecnologías de impresión 3D como la FDM, apenasse ha avanzado en soluciones de bajo coste para utilizar el metal mediante la fabricación aditiva. El objetivo de este proyecto es presentar una solución que utilice una impresora FDM modificada, así como un equipomínimo de alta gama, para poderfabricar piezas de superaleación con base de níquel: Inconel 718 Este trabajo es la continuación de proyectos anteriores llevados a cabo en la misma unidad del departamento. El principal objetivo era fabricar muestras de tracción de mayor tamaño para probar muestras más cercanas a los componentes impresos en 3D de la vida real que se encuentran en la industria. Además,se han incorporado una serie de mejoras en el proceso de impresión que permiten trabajar con muestras más grandes y con más fiabilidad. Se han impreso muestras para ensayos de tracción de hasta 80 mm de longitud y con un grosor de 8 mm, sin defectos tras una inspección visual. Los aglutinantes se eliminaron con un primer debinding del aglutinante soluble a 50‐60°C durante 20 horas, luego se realizó un debinding térmico a 600°C durante una hora. Finalmente se sinterizaron a 1295‐1310°C durante 4‐6 horas. No se obtuvieron mejoras en las propiedades mecánicas finales, ya que las muestras presentaban grandes defectos en toda su sección interior. Es probable que la causa de los defectossea un incorrecto proceso de debinding, donde no se eliminó de manera efectiva todo el aglutinante, que afectó al correcto sinterizado de las muestras. Se han probado una amplia gama de soportes y configuraciones para asegurar el máximo rendimiento durante la sinterización, de manera que se ha encontrado un compromiso para limitar el alabeo mientrasse mantiene la calidad de la sinterización. Esto se ha realizado añadiendo un peso en la parte superior de las muestras durante su sinterización, así como poniéndolas en un soporte. Este soporte asegura el máximo de conducción directa de calor entre el soporte y el tubo del horno. Se han realizado ensayos de microdureza y ensayos de tracción con videoextensómetro. Lasmuestras se han analizado mediante microscopia electrónica y se ha estudiado la fractografía. Se consiguió una buena repetibilidad con los nuevos parámetros de impresión, lo que ha permitido imprimir piezas de gran tamaño de forma constante. Los resultados de densidad, si bien inferiores a los encontrados en trabajos anteriores, son claramente consistentes. No se pueden sacar conclusiones claras sobre el tratamiento térmico de precipitación, ya que el material base presentaba unas pobres propiedades mecánicas. Es necesario realizar más pruebas.

While a lot of progress has been on the distribution of 3D printing technologies such as FDM in the recent years, little to no advancements have been made on low‐cost solutions for using metal via additive manufacturing. The aim of this project is to present a solution using a modified FDM printer as well as a minimum of high‐end equipment to be able to manufacture parts made of nickel‐based superalloy: Inconel 718 This work is the continuation of previous projects carried out on the same department. The main goal was to manufacture tensile samples of a larger scale to test samples closer in size to a real‐life 3D printed components found in the industry. Also, a set of improvements were made on the workflow of the printing itself to allow for longer prints and easiness of use. Samplesfor tensile tests aslarge as 80mm in length and 8 mm in thickness were printed with no visible defects after a macroscopic inspection. The samples were solvent debinded at 50‐60°C for 20h, then thermal debinded at 600°C for an hour and then sintered at 1295‐1310°C for 4‐6h. No improvements were made on the final mechanical properties as the samples suffered from heavy defects across their section. An improper debinding is likely to be the cause of the defects due to left‐ over binder during the sintering. A wide array of supports and setup was tested to ensure the maximum performance during the sintering. A compromise has been found to limit the warping while improving the quality of the sintering in general by adding a weight on top of the samples during their sintering as well as putting them on a support. The support ensuresthe maximum of direct heat conduction between the support and the tube of the furnace. Hardnesstesting, tensile testing with videoextensiomerty and micrography/fractography were carried out on the samples. A good repeatability was achieved with the new printing parameters, allowing the printing of large parts in a constant fashion. While lower than in previous work, the results in terms of density were highly more consistent. No clear conclusions can be made out on the solution treatment as the base material was exhibiting poor mechanical property itself. In order to clear conclusions, further testing should be done.