Tecnologia Bound Metal Deposition: effetto dei parametri di processo sulle proprietà meccaniche delle parti stampate e valutazione dell’impatto ambientale del processo di fabbricazione

The research project of this work aims at analysing the effect of the process parameters of 3D printing by means of the innovative Bound Metal Deposition (BMD) technology on the mechanical performance of 17-4 PH stainless steel. The investigation involved the realization of tensile specimens, in accordance with the specifications of the ASTM E8 standard, using a 3D printing system based on the BMD technology. The process parameters investigated in the present work were: i) the growth orientation angle with respect to the printing bed, ii) the infill pattern, iii) the printing speed, and iv) the extrusion nozzle diameter. The influence of the aging treatment after the sintering step was also investigated by subjecting some specimens to the H900 aging process, as reported in the MPIF 35 standard. The tensile tests were carried out according to the ASTM E8 standard. The nominal stress-nominal strain curves, recorded during testing, were analysed in order to obtain the main mechanical properties of 17-4 PH stainless steel, such as elastic modulus, yield strength, ultimate tensile strength and elongation at break. Optical microscopy was carried out on fractured surfaces in order to understand the fracture mechanism. Furthermore, the scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray analysis (SEM-EDX) was used in order to obtain detailed information about the chemical composition of samples. A spectrophotometry analysis was also carried out in order to evaluate the constituent elements of the material once sintering phase has taken place. Finally, the environmental sustainability of the 3D printing process of 17-4 PH stainless steel using the BMD technology was studied according to the standardized methodology of Life Cycle Assessment. The effect of the aging heat treatment after the sintering step on the environmental impact was also evaluated.

Il progetto di ricerca di questo lavoro ha come obiettivo quello di analizzare l'effetto dei parametri di processo della stampa 3D, mediante la tecnologia innovativa Bound Metal Deposition (BMD), sulle prestazioni meccaniche dell'acciaio inossidabile 17-4 PH. L'indagine ha riguardato la realizzazione di provini di trazione, in accordo con le specifiche della normativa ASTM E8, utilizzando un sistema di stampa 3D basato sulla tecnologia BMD. I parametri di processo studiati nel presente lavoro sono stati: i) l'angolo di orientamento di crescita rispetto al piano di stampa, ii) il modello di riempimento, iii) la velocità di stampa e iv) il diametro dell'ugello di estrusione. È stata inoltre studiata l’influenza di un trattamento termico, sottoponendo alcuni campioni al processo di invecchiamento H900 dopo la fase di sinterizzazione, come riportato nello standard MPIF 35. Le prove di trazione sono state eseguite secondo lo standard ASTM E8. Le curve di tensione nominale-deformazione nominale, registrate durante le prove, sono state analizzate al fine di ottenere le principali proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile 17-4 PH, quali modulo elastico, carico di snervamento, carico di rottura finale e allungamento a rottura. Sono state effettuate osservazioni di microscopia ottica sulle superfici di frattura per comprendere il meccanismo di rottura. Inoltre, è stata eseguita l'analisi di scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray (SEM-EDX) per ottenere informazioni dettagliate sulla composizione chimica dei campioni. È stata inoltre effettuata un'analisi spettrofotometrica al fine di valutare gli elementi costitutivi del materiale una volta avvenuta la fase di sinterizzazione. Infine, è stata studiata la sostenibilità ambientale del processo di stampa 3D dell'acciaio inossidabile 17-4 PH utilizzando la tecnologia BMD secondo la metodologia standardizzata del Life Cycle Assessment. È stato inoltre valutato l'effetto del trattamento termico di invecchiamento sull'impatto ambientale dopo la fase di sinterizzazione. ​