Evaluation of recycled and reused metal powders for DMLS 3D printing

Abstract

Metal powders for additive manufacturing are expensive and producing new ones from mined metals has a negative ecological impact. In this work, recycled and reused metal powders from MS1 steel for Direct Metal Laser Sintering (DMLS) 3D printing were evaluated in the laboratory. The powders were recycled by melting followed by gas atomizing. Virgin, recycled and reused metal powders were evaluated using Scanning-Electron Microscopy (SEM), Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS), X-Ray Diffraction (XRD), metallography analysis, microhardness measurements, Particle Size Distribution (PSD), shape factor by Digital Image Processing (DIP) and flowability testing. The results showed that the particle distribution was modified after recycling. Kurtosis analysis revealed a reduction from -0,64 for virgin powder to -1,29 for recycled powders. A positive skewness was obtained a consequently, smaller particles were found in recycled powder. The shape factor was also modified and changed from 1,57 for virgin powders to 1,28 for recycled powders. The microstructure also changed and austenite was found in recycled powders. The microhardness of recycled powder decreased by 39% compared to the virgin powder. Recycled powders did not flow using two different funnels to evaluate their flowability. The flowability of used powder was reduced from 4,3 s to 2,9 s.

Kovové prášky pro aditivní výrobu jsou drahé a výroba nových z vytěžených kovů má negativní ekologický dopad. V této práci byly v laboratoři hodnoceny recyklované a znovu použité kovové prášky z oceli MS1 pro 3D tisk metodou přímého laserového spékání kovů (Direct Metal Laser Sintering, DMLS). Prášky byly recyklovány tavením s následnou atomizací plynem. Nové, recyklované a opětovně použité kovové prášky byly hodnoceny pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM), energeticky disperzní rentgenové spektroskopie (EDS), rentgenové difrakce (XRD), metalografické analýzy, měření mikrotvrdosti, distribuce velikosti částic (PSD), tvarového faktoru pomocí digitálního zpracování obrazu (DIP) a testování tekutosti. Výsledky ukázaly, že distribuce částic se po opětovném recyklování změnila. Analýza kurtózy odhalila snížení z -0,64 u primárního prášku na -1,29 u recyklovaných prášků. Bylo zjištěno kladné zkreslení důsledkem bylo nalezení menších částic v recyklovaném prášku. Tvarový faktor byl rovněž rozdílný a změnil se z 1,57 u primárních prášků na 1,28 u recyklovaných prášků. Změnila se také mikrostruktura a v recyklovaných prášcích byl nalezen austenit. Mikrotvrdost recyklovaného prášku se snížila o 39 % ve srovnání s novým práškem. Recyklované prášky se nesypaly při použití dvou různých nálevek pro hodnocení jejich tekutosti. Tekutost použitého prášku se snížila ze 4,3 s na 2,9 s.