Powder-size driven facile microstructure control in powder-fusion metal additive manufacturing processes

微观结构 等轴晶 材料科学 金属粉末 粒度 冶金 粒径 融合 原材料 粉末冶金 金属 化学工程 语言学 哲学 化学 有机化学 工程类
作者
Shubham Chandra,Chengcheng Wang,Shu Beng Tor,Upadrasta Ramamurty,Xipeng Tan
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:33
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47257-w
摘要

Microstructure control in metal additive manufacturing is highly desirable for superior and bespoke mechanical performance. Engineering the columnar-to-equiaxed transition during rapid solidification in the additive manufacturing process is crucial for its technological advancement. Here, we report a powder-size driven melt pool engineering approach, demonstrating facile and large-scale control in the grain morphology by triggering a counterintuitive response of powder size to the additively manufactured 316 L stainless steel microstructure. We obtain coarse-grained (>100 μm) or near-monocrystalline microstructure using fine powders and near-equiaxed, fine-grained (<10 μm) microstructure using coarse powders. This approach shows resourceful adaptability to directed energy deposition and powder-bed fusion with no added cost, where the particle-size dependent powder-flow preheating effects and powder-bed thermophysical properties drive the microstructural variations. This work presents a pathway for leveraging feedstock particle size distribution towards more controllable, cost-effective, and sustainable metal additive manufacturing.
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