Additive manufacturing (AM) has the possibility of producing complex-shaped components which can not be produced by conventional manufacturing methods. This gives the opportunity for designers to freely think outside the design spectra which is otherwise limited by conventional manufacturing methods. AM of metal has rapidly been developed for the last three decades, and they now are reaching industrial acceptance levels, metal feedstock for use in AM is also rapidly growing. AM of metals is especially of interest for the tooling industry. The design freedom which AM offers the tooling manufacturer can design complex cooling channels within moulds, which could reduce cycle time and enhance the quality of components produced with the moulds. Maraging steels have been proven to both be able to be processed with AM but also have comparable performance to traditionally carbon-based used tool steels. Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is one of the most promising AM systems today, by using powder as a feedstock it can produce high-resolution parts without needing to process them after they have been produced. However, there is a need to better understand processing within the LPBF system. This master thesis is aimed to process a newly developed maraging steel from Uddeholm, and conduct process parameter experiment and study their correlation to be able to produce samples with as few defects possible. It is crucial to conform to a good methodology for how to find those correlations and see how they influence the printed material. LPBF process has a multi-complex variable system, and by narrowing down the complexity by focus on the most influencing parameters as has been proven by many researchers. Even with a reduced focus, it is still a multi-variable problem. In this study a methodology of finding process parameters relations, a Design Of Experiment software was used, namely, MODDE. By screening of process parameter ranges, within the software, a statistical evaluation of operational process window can be found with fewer conducted experiment. Development of process parameter can traditionally be time-consuming and result in an unnecessary large number of experiments to find the operational window. The experiment showed that laser power and point distance had the most influencing effect on relative density, followed by exposure time and hatch distance. The experiment was firstly conducted with a layer thickness of 50 µm, the achieved relative density resulted in over 99.8 percent. However, a large lack of fusion defects was observed inside the specimens. Even though a high relative density was measured, a pore analysis has to be conducted to fully understand the size and shape of defects since they can have a severe impact on mechanical properties. It was believed that the layer thickness was too high and that the defects could be reduced by printing a set with same process parameters but with a lower layer thickness of 40 µm instead. The reduction of layer thickness did result in a significant decrease of the defects observed. However, future work after this thesis must be continued to further optimize and to increase the solidity of printed material to reach closer to its conventional produced relatives / Additiv tillverkning har möjligheten att producera komplext konstruerade komponenter som inte kan produceras med konventionella tillverkningsmetoder. Detta ger konstruktörer möjligheten att fritt tänka utanför designspektra som annars begränsas av konventionella tillverkningsmetoder. Additiv tillverkning av metall har snabbt utvecklats under de senaste tre decennierna och har nu nått industriella acceptansnivåer. Metallråvara för användning i additiv tillverkning växer snabbt. Additiv tillverkning av metaller är särskilt intressant för verktygsindustrin, designfriheten som additiv tillverkning kan erbjuda verktygstillverkaren för att kunna utforma komplexa kylkanaler inuti formar. Det kan således reducera cykeltiden och förbättra kvaliteten på komponenter som produceras med formarna. Maråldringsststål har visat sig att både kunna processas i additiv tillverkning och har jämförbara egenskaper med traditionellt kolbaserade verktygsstål. Pulverbäddsystemet är ett av de mest lovande systemen idag, genom att använda pulver som råmaterial kan systemet producera komponenter med hög noggranhet utan att behöva bearbeta dem efter att processen är klar. Det finns emellertid ett behov av att bättre förstå själva processen inom pulverbädds teknologin. Den här masteruppsatsen syftar till att additivt tillverka ett nyutvecklat maråldringsstål från Uddeholm. Samt att genomföra processparameterexperiment och studera deras korrelation för att kunna producera prover med så få defekter som möjligt. Det är avgörande att hitta en metod för hur man hittar korrelationerna och se hur de påverkar det tillverkade materialet. Pulverbäddsystemet har ett multikomplext variabelsystem. För att minska komplexiteten kan fokus läggas på de mest inflytelserika processparametrarna, vilket har bevisats av många forskare. Även med ett reducerat fokus är det fortfarande ett flervariabelsproblem. I denna studie användes en metod för att hitta relationer mellan processparametrar och en Design Of Experiment-programvara, nämligen MODDE. Genom screening av processparametrar, inom programvaran, kan en statistisk utvärdering av operativt processfönster hittas med färre genomförda experiment. Utvecklingen av processparametrar kan traditionellt vara tidskrävande och resultera i ett onödigt stort antal experiment för att hitta det operativa fönstret av processparametrar. Experimentet visade att lasereffekt och punktavstånd påverkande den relativa densiteten mest, följt av exponeringstiden och spåravståndet. Experimentet genomfördes först med en lagertjocklek av 50 mikrometer, lagertjockleken resulterade i en relativ densitet på över 99,8 procent. Emellertid observerades stora fusionsdefekter inuti proverna. Även om en hög relativ densitet mättes, måste en poranalys genomföras för att fullt ut förstå storleken och formen på defekter eftersom de kan ha en avgörande inverkan på mekaniska egenskaperna. Det misstänktes att lagertjockleken var för hög och att defekterna kunde minskas genom att tillverka en ytterligare uppsättning av samma processparametrar men med en lägre lagertjocklek på 40 mikrometer istället. Minskningen av lagertjockleken resulterade i en signifikant minskning av de observerade defekterna. Framgent efter den här avhandlingen måste dock arbetet fortsätta att ytterligare optimera och öka soliditeten i det additivt tillverkade materialet. Det för att uppnå bättre prover och komma ännu närmre det konventionellt tillverkade materialets egenskaper.

Laser-material interaction of Nickel based superalloy Haynes 282 melt pools were studied for laser parameters similar to laser powder bed fusion (PBF-LB) without powder. The effect of power, speed, hatch distance and laser focus offset were analysed by characterizing different types of melt pool behaviour, including conduction, transition to keyhole, and keyhole mode. Focus offset parameter was found to modify the melting mode from keyhole to conduction type in experiments with and without powder. This change in melting mode is attributed to the variation in laser beam spot size for the same line energy. Such manipulation of type of melting with control of focus offset can be utilized as a method to optimize process parameters for novel materials in the PBF-LB process at high layer thickness. Based on the above study, cubes were built with refined process parameters utilizing powder layer thicknesses of 60- and 90-microns for improved productivity, using partial factorial design of experiment. The conduction mode of melting helped reducing defects, minimizing lack of fusion and keyhole porosity in specimens built with powder at 60- and 90-microns layer thickness. Effect of process parameters and indirect measure like area energy, on the melt pool overlap, defect level and dominant shape of the defects are presented. Optimizing the process parameters to identify the boundaries for building cubes with reduced porosity is also discussed. / Den Ni-baserade superlegeringen, Haynes 282, skannades med laserparametrar liknande de som används i laserpulverbäddfusion (PBF-LB), men utan pulver.Studien undersökte inverkan av effekt, hastighet, avstånd mellan två intilliggandeskanningspass och laserfokusförskjutning, vilket karakteriserades genom olikatyper av beteenden hos smältbadet, inklusive värmeledning, övergång frånvärmeledning till nyckelhål, och nyckelhål. Fokusförskjutningen visade sig ändrasmältbadets läge från nyckelhål till värmeledning. Denna förändring observeradesbåde i experiment utan pulver och i de med pulver. Förändringen beror påbreddningen av laserstrålens punktstorlek samtidigt som samma linjeenergibibehålls. Denna förändring i smältningstyp genom fokusförskjutning kananvändas som en metod för att optimera utforskningen av nya material i PBFLB-processen. Baserat på detta byggdes kuber med pulver med lagertjocklekar på 60 och 90mikrometer, användande olika processparametrar enligt en experimentell designbaserad på en central sammansatt design. Smältning genom värmeledning bidrogtill att minska defekter, minimera bindningsfel och nyckelhålsporositet i proversom byggts med pulver med lagertjocklekar på 60 och 90 mikrometer. Inverkanav processparametrarna och indirekta mått såsom areaenergi på smältbadetsöverlappning, defektnivå och den dominerande formen på defekter presenteras.Optimering av processparametrarna samt identifiering av parameterrymden föratt bygga kuber med minskad porositet undersöks också. / <p>Paper A is to be submitted, and paper C is acceptet and are not included in this licentiate thesis. We do  not have permission to publish paper B in the digital version.</p>

This thesis focuses on the topic of PBF-LB applied to titanium alloys. Of allalloys, an α + β is chosen, named Ti-6Al-4V. The selection of this particular alloy is driven by its current widespread use in many industrial applications where high strength coupled with low density are both desirable properties. For the last 50 years, parts made with this alloy have been cast or forged and then machined to achieve the final geometry. There is now an opportunity totransform this process chain by additive manufacturing, hence reducing material waste and achieving near net shape from powder feedstock. The process is summarised as follows: a laser selectively melts areas on a build plate where powder is pre-placed. Then a successive powder layer is spread and the process is repeated until completion. Upon removal of the part from the build plate, loose powder in the chamber is collected and recycled whenever possible. The design freedom provided by powder bed fusion methods enables production of intricate geometries and added functionality, despite the need for post-build consolidation and/or microstructural adjustments. Today’s fine and narrow powder cuts (e.g., 15-50μm) are designed to be coupled with low layer thicknesses (i.e., 30μm) to achieve smooth surfaces and high resolutions of small features e.g., internal cooling channels. However, costs associated with production of fine and narrow powder cuts are substantial as refinement of batches requires multiple sieving steps. In addition, resulting building times are considerably long (i.e., days), therefore a beneficial alternative could be that of exploring higher layer thicknesses together with wider and coarser powder cuts. The main idea of this work is to investigate the effects of employing a powder with a wider size distribution 15-90μm. The aim is to reduce the sievingrequired and consequently decrease the costs of developing and building parts made by PBF-LB. An extensive microstructural investigation is conducted on single tracks and cubes built with 27 different process parameter combinations, which also attempts to establish correlations between characteristics of tracks and responses measured in cubes. As a second step, the amount of residual porosity of asbuilt cubes is chosen as the discriminant for further mechanical testing of sub and super-β transus high-pressure heat treated material. / Den här avhandlingen fokuserar på additiv tillverkning av titanlegeringar med laser pulverbädd metoden. Den legering som främst är i fokus är Ti-6Al-4Vsom är en α+β legering. Anledningen till valet av denna titanlegering är att det är den vanligast förekommande titanlegeringen och att den används i ett antal olika industriella tillämpningar där hög styrka i kombination med låg vikt är önskvärda egenskaper. Under de senaste 50 åren har komponenter utav denna legering tillverkats med gjutning eller smide, följt av bearbetning till slutlig geometri. Med hjälp av additiv tillverkning finns nu en möjlighet att förändra tillverkningskedjan i vilket minskat materialspill och en mer nära-slutgeometri kan erhållas direkt genom användning av metallpulver som utgångsmaterial. Processen kan summeras enligt följande: en laser smälter ett förbestämt område på en byggplatta som täckts mer pulver. Därefter adderas ytterligare ett lager med metallpulver ovanpå, på vilket samma process sker igen, och igen osv, tills hela detaljen är färdigtillverkad. När detaljen ska tas loss ifrån byggplattan samlas det kvarvarande icke-smälta pulvret upp och återanvänds i så stor utsträckning som möjligt. Frihetsgraderna vid design i processen möjliggör tillverkning av komplexa geometrier och adderade funktionaliteter, även fast efterbehandling och/eller justeringar av mikrostrukturen kan behövas. Dagens smala pulverstorleksfördelning (tex 15-50μm) är avsedd att ge tunna lagertjocklekar (tex 30μm) för att åstadkomma en fin yta och hög upplösning av små geometrier, såsom exempelvis interna kylkanaler. Men kostnaderna som det innebär att framställa och sortera ut fina och smala kornstorleksfördelningarär avsevärd eftersom det innebär flera steg med silning. Vidare leder de tunnalagertjocklekarna till långa byggtider (typiskt dagar). Ett alternativ, som därför vore fördelaktigt, är att undersöka möjligheten med att bygga tjockare lager med en bredare och större pulverstorleksfördelning. Huvudfokuset i detta arbete fokuserar på att undersöka effekterna av att använda en bredare pulverpartikelstorleksfördelning 15-90μm, med syfte at minska silningsbehovet och därmed reducera kostnaden för att utveckla och tillverka detaljer med laser pulverbädd additiv tillverkning. En omfattande mikrostrukturundersökning har gjorts på enkelsträngar och kuber byggda med 27 olika processparameter-kombinationer, vilket samtidigt försöker identifiera korrelationer mellan enkelsträngarnas karaktäristik med resultaten uppmätta hos kuberna. I ett nästa steg har material, som tillverkats med processparametrar som renderade i minst/mest porer hos kuberna, mekaniskt provats efter att det högtrycksvärmebehandlats över- respektive under β-transus. / <p>Paper A is not included due to the copyright.</p><p>Paper B and C are to be submitted.</p>