ON THE PROCESS-MICROSTRUCTURE-PROPERTIES RELATIONSHIP OF A LASER ADDITIVELY MANUFACTURED AlSi10Mg ALLOY

L’Additive Manufacturing (AM) è una tecnologia produttiva divenuta particolarmente attrattiva nell’ultimo decennio, poiché offre indiscutibili vantaggi rispetto alle tecnologie produttive tradizionali. Degni di nota risultano essere la completa flessibilità di design, l’alleggerimento tramite realizzazione di strutture reticolari, e la riduzione dell’utilizzo di materie prime e della produzione di scarti. In un contesto di economia circolare e “green”, le leghe di alluminio rappresentano una classe di materiali fondamentali nei settori automobilistico, aerospaziale e marino, grazie alla realizzazione di componenti leggeri e a minor impatto ambientale. Ad oggi, la lega AlSi10Mg risulta la più utilizzata in ambito industriale, grazie all’ottima processabilità, buona resistenza meccanica e a corrosione, e ridotta dilatazione termica. I complessi fenomeni fisici che governano il processo AM rendono complicata la scelta dei parametri di deposizione, con il rischio di produzione di parti difettose. In quest’ottica, è stato indagato l’effetto dei parametri di processo su microstruttura, difettosità e proprietà meccaniche del prodotto stampato. I risultati mostrano che, in un range ridotto, i parametri di deposizione influenzano in misura ridotta la microstruttura ma sensibilmente la porosità. In aggiunta, risulta necessario sviluppare delle metodologie per il design del processo AM e, ad oggi, il metodo basato sulla densità di energia risulta il più diffuso. L’affidabilità di tale metodo è stata valutata, e i risultati mostrano come non possa essere ritenuto efficacie per il design del processo. Struttura resistente agli urti e componenti saldati richiedono adeguate proprietà ad impatto, come tenacità e capacità di assorbire energia. Per tali ragioni, il comportamento ad impatto della lega AlSi10Mg processata mediante AM è stato indagato in funzione dello stato di trattamento termico. Il materiale tal quale mostra una notevole resistenza all’impatto ma un ridotto assorbimento di energia. La pressatura isostatica a caldo previene l’accrescimento di porosità gassose durante il trattamento termico, ma addolcisce il materiale. L’indurimento per precipitazione tipicamente ottenuto con trattamento T6 è raggiungibile con maggior vantaggio tramite un trattamento innovativo ad elevata pressione. Infine, in quanto notevole inconveniente dei processi additivi, il comportamento anisotropo ad impatto è stato approfondito in relazione alle caratteristiche microstrutturali e alla loro relativa evoluzione con il trattamento termico.

Additive Manufacturing (AM) has become particularly attracting over the last decade since it offers unquestionable advantages as compared to traditional manufacturing technologies. Among these, the complete design freedom, light-weighted lattice structures, and minimisation of waste and raw materials consumption are noteworthy. In light of a green and circular economy, Al alloys represent a fundamental material class for automotive, aerospace and marine fields, thanks to lighter and more eco-friendly components. To date, the AlSi10Mg alloy is the most widespread Al alloy in the industrial field, due to its excellent processability, good mechanical properties and corrosion resistance, and limited thermal expansion. Due to the complex physic of the AM process, the choice of deposition parameters is not straightforward, and unsuitable combinations result in highly defective parts. In this light, the effect of process parameters on microstructure, faultiness and mechanical properties of the 3D printed material was investigated in-depth. Results showed that, in a narrow range, deposition parameters slightly modify the microstructure but strongly affect porosity. Additionally, methods to guide the process design are required, with the energy density-based approach being currently the most employed. The actual reliability of this method was assessed, and results did not validate it as a useful tool for the selection of deposition parameters. Applications like crashworthy structural Al vehicles and welded Al components require suitable high-strain rate properties, like impact toughness and absorbed energy, besides static and dynamic performances. Hence, the impact behaviour of the 3D printed AlSi10Mg alloy was studied in-depth as a function of the heat treatment state. The as-built material has a remarkable impact strength but low absorbed energy. Hot isostatic pressing prevented the growth of gas pores during heat treatment but significantly softened the material. Precipitation strengthening usually obtained by a T6 heat treatment could be achieved more conveniently using a novel high-pressure heat treatment. Finally, as a major drawback of additively manufactured parts, the anisotropic behaviour was deepened in light of microstructural features and their evolution with the heat treatment.