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Determinants of the surface quality, density and dimensional correctness in selective laser melting of the Ti-13Zr-13Nb alloy

Déterminants de la qualité de surface, de la densité et de l’exactitude dimensionnelle dans la fusion au laser (selective laser melting) de l’alliage Ti-13Zr-13Nb

¹ Gdansk University of Technology, Department of Materials Engineering and Bonding, 80-233 Gdansk, Poland
² Gdansk University of Technology, Department of Machine Design and Motor Vehicles, 80-233 Gdansk, Poland
³ Université de Bordeaux, Institut de Mécanique et d’Ingénierie, CNRS UMR 5295, 33405 Talence, France

^* e-mail: michel.mesnard@u-bordeaux.fr

Received: 14 January 2018
Accepted: 24 September 2018

Abstract

Selective laser melting is widely used for custom-designed elements. Successful manufacturing depends on laser treatment parameters and material features. This research aimed to determine the effects of laser power, scan time and hatch distance on surface quality, relative density and dimensional precision for cuboids made of the Ti-13Zr-13Nb alloy. The influence of energy density, energy flux and pre-heating was seen to be decisive to different degrees for the quality of the final specimen. The results obtained were used to produce prosthetic crowns and bridges. The thermal stresses that appeared resulted in a deflection of the bridges and consequently in a change in design approach.

Résumé

La fusion par laser (selective laser melting) est largement utilisée pour produire des éléments personnalisés. La fabrication aboutie dépend des paramètres de traitement laser et des caractéristiques du matériau. Cette recherche visait à déterminer les effets de la puissance du laser, du temps de balayage et de la distance des balayages sur : la qualité de la surface, la densité relative et la précision dimensionnelle d’échantillons cubiques en alliage de titane Ti-13Zr-13Nb. L’influence de la densité d’énergie, du flux d’énergie et du préchauffage a été jugée déterminante à différents degrés pour la qualité de l’échantillon final. Les résultats obtenus ont été utilisés pour produire des couronnes dentaires et des ponts prothétiques. Les contraintes thermiques apparues ont entraîné une déviation des ponts et, par conséquent, une modification de la conception.