Análisis de parámetros de downskin y support-free structures en el proceso de laser powder bed fusion (LPBF)

Abstract

La fusión por lecho de polvo (PBF, por sus siglas en inglés, Powder Bed Fusion) y en concreto la fusión selectiva por láser (LPBF, Laser Powder Bed Fusion) es un método de fabricación aditiva que se emplea con algunos metales y que permite obtener piezas con geometrías muy complejas. Uno de los mayores problemas a los que se enfrenta este método es el post-procesado que hay que realizar tanto para mejorar la calidad superficial (rugosidad) como para asegurar unas buenas propiedades metálicas (porosidad, resistencia mecánica…). En concreto, uno de los problemas que más afecta a la calidad obtenida directamente de estas piezas es la adhesión de polvo metálico en las zonas inferiores de la pieza (downskin). Estas regiones se encuentran en contacto directo con polvo metálico que no se debe fusionar pero que termina adhiriéndose a la pieza debido al calor del láser de capas superiores. A lo largo de este trabajo, se pretende mejorar la calidad de las superficies de downskin mediante la modificación de parámetros que intervienen en el proceso.

Hauts-ohantze bidezko fusioa (PBF, ingelesezko siglengatik, Powder Bed Fusion), eta zehazki laser bidezko fusio selektiboa (LPBF, Laser Powder Bed Fusion), metal batzuekin erabiltzen den fabrikazio gehigarriko metodo bat da, geometria oso konplexuak dituzten piezak lortzea ahalbidetzen duena. Metodo honek aurre egin beharreko arazo handienetako bat post-prozesatua da, bai gainazal-kalitatea hobetzeko (zimurtasuna), bai propietate metaliko onak ziurtatzeko (porositatea, erresistentzia mekanikoa...). Zehazki, pieza horietatik zuzenean lortutako kalitateari gehien eragiten dion arazoetako bat piezaren beheko aldeetan hauts metalikoa itsastea da (downskin). Eskualde horiek kontaktu zuzena dute fusionatu behar ez den hauts metalikoarekin, baina piezari itsasten zaio goiko geruzetako laserraren beroaren ondorioz. Lan honetan, downskin-eko gainazalen kalitatea hobetu nahi da, prozesuan parte hartzen duten parametroak aldatuz.

Powder Bed Fusion (PBF) and specifically Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is an additive manufacturing method used with some metals that enables to obtain parts with very complex geometries. One of the major problems faced by this method is the post-processing that must be carried out both to improve surface quality (roughness) and to ensure good metallic properties (porosity, mechanical strength...). In particular, one of the problems that most affects the quality obtained directly from these parts is the adhesion of metal powder in the lower areas of the part (downskin). These regions are in direct contact with metal powder that should not be fused but ends up adhering to the part due to the heat of the laser of upper layers. Throughout this work, it is intended to improve the quality of the downskin surfaces by modifying the parameters involved in the process.