Wear resistance of Laser Powder Bed Fusion steels : State of the Art

Abstract

Additive manufacturing, particularly Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), is an advanced manufacturing technique that enables the production of very complex and mechanically resistant steel components through a steel-layering process. Advancements recently in L-PBF technology have been vast, and the amount of research done is growing almost exponentially. Cost-efficiency, material performance and applicability have been the basics of this research. Many different steels are being used currently in the industry and with the addition of numerous coatings, the possibilities are extensive. This thesis delves into the state of art of L-PBF-research and particularly in the wear resistance of different steel components made with L-PBF-process, mainly maraging steels, stainless steels, tool steels and superalloys. By exploring the possibilities and research of laser beam-parameter optimization, process parameters and post-treatment such as coating and heat treatment, conclusions can be made about the state of art of wear resistance. Applications of L-PBF-technology will also be covered, as well as the future perspectives of L-PBF research and the challenges that may already be or come to affect.

Lisäävä valmistus, erityisesti laserpohjainen jauhepetivalmistus (L-PBF), on edistynyt valmistustekniikka, joka mahdollistaa erittäin monimutkaisten ja mekaanisesti kestävien teräskomponenttien valmistuksen kerroksittaisen teräsrakennusprosessin avulla. L-PBF-teknologian kehitys on ollut huomattavaa ja viime vuosina tehdyn tutkimuksen määrä on lähes eksponentiaalisessa kasvussa. Kustannustehokkuus, materiaalien suorituskyky ja sovellettavuus ovat olleet tämän tutkimuksen keskeisiä lähtökohtia. Tällä hetkellä teollisuudessa käytetään monia erilaisia teräksiä, jotka lukuisten pinnoitteiden kanssa muodostavat valtavasti mahdollisuuksia L-PBF-valmistuksen alalla. Tässä tutkielmassa perehdytään L-PBF-tutkimuksen nykytilaan ja erityisesti eri teräksistä L-PBF- prosessilla valmistettujen komponenttien kulutuksenkestävyyteen, painottuen maraging-teräksiin, ruostumattomiin teräksiin, työkaluteräksiin ja superseoksiin. Tarkastelemalla lasersäteen optimointia, erilaisia prosessiparametreja ja komponenttien jälkikäsittelyä, kuten pinnoitusta ja lämpökäsittelyä, voidaan tehdä johtopäätöksiä kulumiskestävyyden nykytilasta. Lisäksi tutkielmassa käsitellään L- PBF-teknologian sovelluksia, tulevaisuuden näkymiä ja haasteita niin nykytilanteessa, kuin tulevaisuudessa.