Microstructure and Oxidation Behavior Comparison Between Vertical, Upskin and Unsupported Downskin of SS316L LPBF Dome Structure

As the laser powder bed fusion (LPBF) technology progresses, developing protocols for reducing and/or supportless printing of overhang downward-facing surfaces becomes increasingly critical for enhancing the economic and environmental efficiency of the process.The present study investigates the possible mismatch in microstructural, mechanical and oxidation behaviour of LPBF SS316L samples printed at 90 and 0° angles and including downward-facing low-angle overhang surfaces, in both as-built and heat-treated conditions.In as-built (AB) condition, primary dendrite arm spacing (PDAS) was measured at 0.72 ± 0.09 and 3.19 ± 0.20 µm for the bulk and downskin surface, yielding a microhardness value of 244 ± 5 and 225 ± 3 HV, respectively.In addition, secondary dendritic arms are observed to form at the downskin, where the secondary dendrite arm spacing (SDAS) is measured at 0.99 ± 0.18 µm.A continuous growth model microsegregation analysis showed microsegregation level near equilibrium values.For the heat treated (HT) condition, the cellular structure recrystallized, leading to a grain size measurement of 31 ± 3 and 26 ± 3 µm at the bulk and downskin surfaces, respectively, revealing that the grain growth rate observed at the downskin surfaces is slower than that of the bulk.The microhardness values were measured at 184 ± 4 and 195 ± 3 HV for the HT bulk and downskin surfaces.Post 100 hrs. of oxidation treatment at 900°C, x-ray diffraction (XRD) analysis confirmed the formation of Fe2O3, Cr2O3, Cr2FeO4 and Cr2MnO4 oxides at the AB and HT bulk and downskin surfaces.While the scale thickness for the bulk and downskin were measured at 3.7 ± 1.7, 3.8 ± 1.8 and 7.9 ± 2.4 and 7.1 ± 2.1 µm for the AB and HT condition, respectively.Electron dispersive spectroscopy (EDS) analysis revealed the formation of SiO2 oxide along the grain boundaries. III RésuméAu fur et à mesure que la technologie LPBF progresse, le développement de protocoles pour l'impression réduite et/ou sans support de surfaces en porte-à-faux orientées vers le bas devient de plus en plus essentiel pour améliorer l'efficacité économique et environnementale du processus.Par conséquent, cette thèse pose un contexte fondamental de la procédure, des paramètres, des propriétés résultantes et de sa performance économique globale.Avec un manque de connaissances dans la littérature disponible, cette recherche cherche à apporter de nouvelles idées et de nouveaux résultats pour développer et explorer davantage ladite technologie.La présente étude examine le décalage possible dans le comportement microstructurel, mécanique et à l'oxydation des échantillons LPBF SS316L imprimés à des angles de 90 et 0° et y compris les surfaces en porte-à-faux à faible angle orientées vers le bas, à la fois dans des conditions telles que construites et traitées thermiquement.Dans des conditions AB, le PDAS a été mesuré à 0,72 ± 0,09 et 3,19 ± 0,20 μm pour la surface en vrac et la surface duvet, ce qui a donné une valeur de microdureté de 244 ± 5 et 225 ± 3 HV, respectivement.De plus, on observe la formation de bras dendritiques secondaires au niveau de la peau duveteuse, où le SDAS est mesuré à 0,99 ± 0,18 μm.Une analyse de microségrégation sur modèle de croissance continue a montré un niveau de microségrégation proche des valeurs d'équilibre.Pour la condition HT, on observe que la structure cellulaire se recristallise, ce qui conduit à une mesure de la taille des grains de 31 ± 3 et de 26 ± 3 μm aux surfaces de la peau en vrac et de la peau duveteuse, respectivement, révélant que le taux de recristallisation observé aux surfaces de la peau inférieure est plus lent que celui de la peau en vrac.Les valeurs de microdureté ont été mesurées à 184 ± 4 et 195 ± 3 HV sur les surfaces HT en vrac et en duvet.Poste 100 hrs.traitement oxydatif à 900°C, l'analyse XRD a confirmé la IV formation d'oxydes Fe2O3, Cr2O3, Cr2FeO4 et Cr2MnO4 sur les surfaces en vrac et en duvet AB et HT.Alors que l'épaisseur de l'échelle pour le vrac et le duvet est mesurée à 3,7 ± 1,7, 3,8 ± 1,8 et 7,9 ± 2,4 et 7,1 ± 2,1 μm pour les conditions AB et HT, respectivement.L'analyse EDS a révélé la formation d'oxyde de SiO2 le long des joints de grains.Ces informations permettent de poursuivre les développements vers une commercialisation réussie de la fabrication sans support LPBF.

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