Relationship between the size and inner structure of particles of virgin and re-used MS1 maraging steel powder for additive manufacturing

Abstract

Additive manufacturing (AM) is today in the main focus – and not only in commercial production. Products with complex geometry can be built using various AM techniques, which include laser sintering of metal powder. Although the technique has been known for a quite long time, the impact of the morphology of individual powder particles on the process has not yet been adequately documented. This article presents a detailed microscopic analysis of virgin and reused powder particles of MS1 maraging steel. The metallographic observation was performed using a scanning electron microscope (SEM). The particle size of the individual powder particles was measured in the SEM and the particle surface morphology and its change in the reused powder were observed. Individual particles were analyzed in detail using an SEM with a focused ion beam (FIB) milling capability. The powder particles were gradually cut off in thin layers so that their internal structure, chemical element distribution, and possible internal defects and their shape could be monitored. Elemental distribution and phase distribution were analyzed using EDS and EBSD respectively. The findings have led to a better understanding and prediction of defects in additive-manufactured products. This could be helpful not just in the AM field but in any metal powder-based processes, such as metal injection molding, powder metallurgy, spray deposition processes, and others.

Aditivní výroba (Additive manufacturing - AM) je dnes v centru pozornosti - a to nejen v komerční výrobě. Výrobky se složitou geometrií lze vyrábět různými technikami AM, mezi které patří i laserové slinování kovového prášku. Ačkoli je tato technologie známa již dlouhou dobu, vliv morfologie jednotlivých částic prášku na proces nebyl dosud dostatečně popsán. Tento článek představuje podrobné mikroskopické analýzy nových a znovu použitých částic prášku maragingové oceli MS1. Metalografické pozorování bylo provedeno pomocí skenovacího elektronového mikroskopu (SEM). Velikost částic jednotlivých částic prášků byla měřena v SEM a byla pozorována morfologie povrchu částic a její změna u znovu použitého prášku. Jednotlivé částice byly podrobně analyzovány pomocí SEM s možností postupného odprašování pomocí iontového paprsku (FIB). Částice prášku byly postupně odřezávány v tenkých vrstvách tak, aby bylo možné sledovat jejich vnitřní strukturu, distribuci chemických prvků a možné vnitřní defekty a jejich tvar. Distribuce chemických prvků a fázové složení byly analyzovány pomocí EDS a EBSD. Tato zjištění vedla k lepšímu pochopení a predikci defektů v aditivně vyráběných dílech. To by mohlo být užitečné nejen v oblasti AM, ale v jakýchkoli procesech založených na použití práškového materiálu, jako je vstřikování kovů, prášková metalurgie, tvorba povrchů naprašováním a další.