Review

Effect of powder reuse on physical, chemical and toxicological properties of 6061-Zr aluminum alloy processed by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF)^☆

Effet de la réutilisation de la poudre sur les propriétés physiques, chimiques et toxicologiques de l’alliage d’aluminium 6061-Zr produit par fusion laser sur lit de poudre (L-PBF)

¹ Université de Lyon, École Centrale de Lyon – École Nationale d’Ingénieurs de Saint-Étienne, Laboratoire de Tribologie et Dynamique de Systèmes, CNRS UMR 5513, 58 rue Jean Parot, 42023 Saint-Étienne, France
² École des Mines de Saint-Étienne, EMSE Centre Ingénierie et Santé – Département Activité biologique des Particules Inhalées, UMR INSERM U1059, Saint-Étienne, France
³ Institut National de Recherche et de Sécurité, Centre de Lorraine, rue du Morvan, CS 60027, 54519 Vandœuvre-lès-Nancy Cedex, France

^* e-mail: maxime.beal@enise.fr

Received: 21 November 2022
Accepted: 16 April 2023

Abstract

Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) is an additive manufacturing process, which allows to produce metallic parts layer by layer. The reuse of the powder is critical for cost part. The reuse can modify the powder and thus the printed parts properties. This study is focused on a severe reuse of 6061-Zr by analyzing the physico-chemical features of the powder, their impact on both the printed parts and toxicological properties. The results of this study showed a high physico-chemical stability of 6061-Zr powder under severe reuse even if oxygen content increase on the reused powder. This study highlights the high amount of oxygen and the variation in chemical composition of the sieving residue. Besides, the toxicological properties of the powder and the mechanical features of the printed parts are unchanged. These results show that in addition to guaranteeing a specific particle size, sieving limits the oxygen increase and the chemical modification of the powder.

Résumé

La fusion laser sur lit de poudre (L-PBF) est un procédé de fabrication additive qui permet de produire des pièces métalliques couche par couche. La réutilisation de la poudre est critique pour le coût de la pièce. La réutilisation peut modifier la poudre et donc les propriétés des pièces imprimées. Cette étude se concentre sur une réutilisation sévère de 6061-Zr en analysant les caractéristiques physico-chimiques de la poudre, leur impact sur les pièces imprimées et les propriétés toxicologiques. Les résultats de cette étude ont montré une grande stabilité physico-chimique de la poudre 6061-Zr dans le cadre d’une réutilisation sévère, même si la teneur en oxygène augmente dans la poudre réutilisée. Cette étude met en évidence la quantité élevée d’oxygène et la variation de la composition chimique du résidu de tamisage. En revanche, les propriétés toxicologiques de la poudre et les caractéristiques mécaniques des pièces imprimées restent inchangées. Ces résultats montrent qu’en plus de garantir une granulométrie spécifique, le tamisage limite l’augmentation de l’oxygène et la modification chimique de la poudre.