Selective Laser Melting (SLM) as preferred process for multimaterial components production

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaO objectivo deste trabalho é estudar a viabilidade de uma ligação entre um material metálico e um cerâmico através da produção por Fusão Selectiva a Laser (SLM). Com o aumento constante das exigências industrias na produção de componentes de alta-performance, é, por muitas vezes, necessário recorrer ao desenvolvimento de componentes multimaterial para combinar as melhores propriedades que dois ou mais tipos diferentes de materiais podem oferecer. Graças a este novo processo de pulverometalurgia de produção 3-D é possível produzir rapidamente componentes de elevada complexidade e precisão fazendo incidir um laser de alta potência. Com recurso ao processo de Pulverização Catódica, é, ainda, possível formar um filme fino de revestimento sobre partículas de pó, com a finalidade de alterar as propriedades dos pós que são utilizados no processo de SLM. Foram realizados três estudos diferentes: no primeiro foi revestido pó de aço ferramenta H13 com o mesmo material de que é feito e foram produzidas amostras por SLM sobre o objectivo de estudar a influência do revestimento no processo; no segundo estudo foi revestido pó de carboneto de tungsténio (WC) com aço 316L com a finalidade de serem produzidas amostras sobre uma base em aço H13 e estudar a ligação que é criada entre os dois materiais; e finalmente, no terceiro estudo inverteu-se o processo, e foram utilizados os pós revestidos de aço H13, do primeiro estudo, para produzir amostras sobre uma base em WC-Co e comparar a ligação que foi criada. As análises feitas aos pós revestidos revelaram que a Pulverização Catódica é um processo eficaz para melhorar a escoabilidade e a reflectividade de pós e que permite a formação dum ligante metálico para os pós cerâmicos. As amostras que foram produzidas, demonstram que ainda há limitações no processo de SLM na produção de componentes cerâmicos, mas que é possível estabelecer uma ligação com um material metálico e que o uso da Pulverização Catódica contribui de forma positiva para o processo.The main objective of this work is to study the viability of Selective Laser Melting (SLM) as a process for joining metallic and ceramic materials. With the increasing rate of industrial demand in the production of high-performance components, it is necessary to develop multimaterial components in order to combine the best properties that each material can offer. Thanks to this new powder metalurgy 3-D process, it is possible to quickly produce components with high precision and complexity, by using a high intensity laser. With the help of the Sputtering process, it is, also, possible to develop a thin film coating on the powder particles in order to change their properties when used in the SLM process.Three studies were carried out: in the first one, tool steel H13 powder was coated with the same material that is made and were produced samples in SLM in order to study the influence of the coating in the process; in the second study, tungsten carbide (WC) powders were coated with 316L steel and samples were produced over a H13 plate in order to study the typ of joining that is created; finally, in the third study, the process was inverted, and H13 steel powders from the first study were used to produce samples over a WC-Co plate and the results compared. The analysis that were carried out with coated powders revealed that the Sputtering process is effective in increasing the flowability and reflectivity of powders and that it is possible the formation of a steel binder in the ceramic powder. The samples that were produced prove that there are still limitation in the processing of ceramic components with SLM, however it is possible to establish a join with a metallic component and that the use of the Sputtering technique helps in the joining process