Processi assistiti da microonde per la finitura superficiale e il riutilizzo delle polveri nella L‑PBF

Additive manufacturing through Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) enables the production of complex geometries with high precision, yet the resulting components often exhibit microstructural heterogeneities, surface roughness, and residual stresses that can severely affect fatigue life. This research investigates the influence of post-processing treatments (specifically stress relieving, ageing, sandblasting, and chemical milling) on the fatigue performance of AlSi10Mg components produced via L-PBF. Experimental tests were conducted on specimens subjected to four different post-processing routes: stress relieving, stress relieving combined with chemical milling, ageing, and ageing combined with chemical milling. Chemical milling using a sodium hydroxide solution was employed to improve surface finish through controlled material removal, while sandblasting provided a mechanical refinement of the outer surface. Fatigue tests, carried out under fully reversed loading (R = −1) up to 3×10⁶ cycles, revealed a strong correlation between surface condition, microstructural integrity, and fatigue life. The results showed that ageing combined with sandblasting achieved the highest fatigue limit (115 MPa), while chemical milling, especially after thermal exposure, tended to enhance microstructural discontinuities and reduce endurance. Microscopic and EDXS analyses confirmed that sandblasting produces a more homogeneous surface texture, whereas chemical milling selectively attacks grain boundaries, highlighting microstructural defects and local segregation zones. The study further demonstrated that porosity, residual stresses, and the distribution of secondary phases play a decisive role in fatigue crack initiation. Overall, the results indicate that mechanical surface finishing is generally more beneficial than chemical treatments in improving fatigue performance, particularly when coupled with heat treatments that homogenise the alloy microstructure. The findings provide valuable insights into optimising post-processing strategies for additively manufactured aluminium alloys and contribute to the development of fatigue-resistant AM components for industrial applications in packaging, automotive, and aerospace sectors.

La produzione additiva L-PBF consente di realizzare geometrie complesse con elevata precisione, ma i componenti risultanti presentano spesso eterogeneità microstrutturali, rugosità superficiale e tensioni residue che possono compromettere la vita a fatica. Questa ricerca analizza l’influenza dei trattamenti post-processo (in particolare distensione, invecchiamento, sabbiatura e chemical milling) sul comportamento a fatica di componenti in AlSi10Mg realizzati tramite L-PBF. Le prove sperimentali sono state condotte su campioni sottoposti a quattro differenti combinazioni di trattamento: distensione + sabbiatura, distensione + sabbiatura con chemical milling, distensione + invecchiamento e distensione + invecchiamento con chemical milling. Il chemical milling con soluzione di idrossido di sodio è stato impiegato per migliorare la finitura superficiale mediante rimozione controllata di materiale, mentre la sabbiatura ha permesso un affinamento meccanico della superficie. Le prove di fatica, condotte con carico completamente alternato (R = −1) fino a 3×10⁶ cicli, hanno evidenziato una stretta correlazione tra condizioni superficiali, integrità microstrutturale e vita a fatica. I risultati mostrano che l’invecchiamento combinato con sabbiatura garantisce le migliori prestazioni (limite di fatica di 115 MPa), mentre il chemical milling, soprattutto dopo trattamenti termici, tende ad amplificare le discontinuità microstrutturali riducendo la resistenza. Le analisi microscopiche ed EDXS hanno confermato che la sabbiatura produce una tessitura superficiale più omogenea, mentre il chemical milling attacca selettivamente i bordi di grano, mettendo in evidenza difetti e zone di segregazione. Lo studio ha inoltre dimostrato che porosità, tensioni residue e distribuzione delle fasi secondarie svolgono un ruolo determinante nell’innesco della cricca di fatica. Nel complesso, i risultati indicano che la finitura meccanica della superficie risulta generalmente più efficace dei trattamenti chimici nel migliorare la resistenza a fatica, specialmente se combinata con trattamenti termici che omogeneizzano la microstruttura della lega. I risultati forniscono indicazioni utili per ottimizzare le strategie di post-processo di leghe di alluminio prodotte in additive manufacturing e per sviluppare componenti resistenti a fatica destinati a impieghi industriali nei settori del packaging, automotive e aerospaziale.