journal article·2024-08-01Open access

Defects in Metal Additive Manufacturing: Formation, Process Parameters, Postprocessing, Challenges, Economic Aspects, and Future Research Directions

R. Haribaskar, T. Sampath Kumar

Abstract

Metal additive manufacturing (AM) is a revolutionary technological advancement that has made significant inroads in a wide range of sectors, including aerospace, defense, automotive, health care, and engineering applications. It offers unprecedented design freedom, reduced material waste, and enhanced performance, in addition to significant enhancements to fabrication processes. Microstructural defects and internal stresses formed during fabrication directly affect the fabricated product's surface integrity, quality, and service life. Identification, characterization, and prediction of these defects help significant and direct production of defect-free structures with high density. This article provides detailed insights concerning the common defects, mitigation techniques, and challenges reported in both powder bed fusion-based and wire arc AM methods. Defects such as porosity may develop due to the powder sphericity, roughness of the powder, preheating, process parameters, build environment, postprocessing techniques, and environmental factors. Therefore, a critical study of the techniques, alloys, process parameter optimization, and different postprocessing techniques to tone down the defects is made from their formations.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Additive Manufacturing Materials and Processes · Additive Manufacturing and 3D Printing Technologies · Welding Techniques and Residual Stresses

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Manufacturing Engineering, School of Mechanical Engineering, Vellore Institute of Technology, Vellore, India.

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1007/S11837-014-0886-2/TABLES/210.1007/S11837-014-0886-2/TABLES/2 ↗
2. 10.3390/app1103121310.3390/app11031213 ↗
3. Revilla-León M · Int J Comput Dent · 2019 · 22 · 55
4. 10.5301/jabfm.500037110.5301/jabfm.5000371 ↗
5. 10.1016/j.addma.2022.10295810.1016/j.addma.2022.102958 ↗
6. 10.1016/j.addma.2022.10311510.1016/j.addma.2022.103115 ↗
7. 10.1016/j.msea.2022.14313510.1016/j.msea.2022.143135 ↗
8. 10.1021/acs.chemrev.7b0007410.1021/acs.chemrev.7b00074 ↗
9. 10.3390/polym1305075310.3390/polym13050753 ↗
10. 10.1080/14686996.2017.136130510.1080/14686996.2017.1361305 ↗
11. ISO/ASTM International · Rapid Manuf Assoc · 2013 · 2021 · 10
12. 10.1109/AERO.2014.683645610.1109/AERO.2014.6836456 ↗
13. 10.1080/09506608.2016.117628910.1080/09506608.2016.1176289 ↗
14. 10.1016/j.matpr.2020.08.41510.1016/j.matpr.2020.08.415 ↗
15. 10.1016/j.matlet.2020.12768010.1016/j.matlet.2020.127680 ↗
16. 10.1007/s12666-022-02713-310.1007/s12666-022-02713-3 ↗
17. 10.1016/j.cirpj.2022.05.00510.1016/j.cirpj.2022.05.005 ↗
18. 10.1016/j.matlet.2020.12796810.1016/j.matlet.2020.127968 ↗
19. 10.1016/j.jmatprotec.2021.11719610.1016/j.jmatprotec.2021.117196 ↗
20. 10.1016/j.jmrt.2022.08.16910.1016/j.jmrt.2022.08.169 ↗
21. 10.1016/j.matdes.2022.11148010.1016/j.matdes.2022.111480 ↗
22. 10.1016/j.matlet.2021.13126210.1016/j.matlet.2021.131262 ↗
23. Pramod R · Riv Ital della Saldatura · 2021 · 73 · 331
24. 10.1080/17452759.2019.170925510.1080/17452759.2019.1709255 ↗
25. Snow Z · Addit Manuf · 2020 · 36 · 101457
26. 10.1007/s00170-019-04753-410.1007/s00170-019-04753-4 ↗
27. 10.1016/j.msea.2015.10.07310.1016/j.msea.2015.10.073 ↗
28. Courtois M · Metall Res Technol · 2013 · 110 · 165
29. 10.1080/10426914.2022.214671610.1080/10426914.2022.2146716 ↗
30. 10.5937/FME2101087B10.5937/FME2101087B ↗
31. 10.1088/1757-899X/263/6/06205710.1088/1757-899X/263/6/062057 ↗
32. 10.1016/j.jmatprotec.2003.11.05110.1016/j.jmatprotec.2003.11.051 ↗
33. 33. Casavola C, Campanelli SL, Pappalettere C. Experimental Analysis of Residual Stresses in the Selective Laser Melting Process. In: Proccedings of the XIth International Congress and Exposition, Orlando, FL, 2008.
34. 10.1108/1355254061070701310.1108/13552540610707013 ↗
35. Watkins T · Adv Mater · 2013 · 171 · 23
36. 10.1016/j.ijfatigue.2019.10535810.1016/j.ijfatigue.2019.105358 ↗
37. 10.1007/s00170-012-4688-910.1007/s00170-012-4688-9 ↗
38. 10.1016/j.jmatprotec.2013.10.00410.1016/j.jmatprotec.2013.10.004 ↗
39. 10.4028/www.scientific.net/KEM.527.16710.4028/www.scientific.net/KEM.527.167 ↗
40. 10.1179/02670830322501060510.1179/026708303225010605 ↗
41. 10.1016/j.jmrt.2021.06.02710.1016/j.jmrt.2021.06.027 ↗
42. 10.1016/j.msea.2021.14103410.1016/j.msea.2021.141034 ↗
43. 10.1016/j.promfg.2021.06.03710.1016/j.promfg.2021.06.037 ↗
44. 10.1016/j.addma.2016.05.00910.1016/j.addma.2016.05.009 ↗
45. 10.1016/j.addma.2021.10233910.1016/j.addma.2021.102339 ↗
46. 10.1016/j.addma.2020.10138010.1016/j.addma.2020.101380 ↗
47. 10.1016/j.matdes.2021.10991110.1016/j.matdes.2021.109911 ↗
48. 10.1016/j.jmps.2021.10472710.1016/j.jmps.2021.104727 ↗
49. 10.1016/j.ndteint.2021.10249110.1016/j.ndteint.2021.102491 ↗
50. 10.1016/j.ceramint.2019.11.16410.1016/j.ceramint.2019.11.164 ↗
51. 10.1016/j.addma.2021.10189910.1016/j.addma.2021.101899 ↗
52. 10.1016/j.jmatprotec.2021.11727210.1016/j.jmatprotec.2021.117272 ↗
53. 10.1016/j.addma.2020.10183310.1016/j.addma.2020.101833 ↗
54. 10.1016/j.cma.2020.11347110.1016/j.cma.2020.113471 ↗
55. 10.1016/j.ijmecsci.2020.10542810.1016/j.ijmecsci.2020.105428 ↗
56. 10.1016/j.addma.2020.10176210.1016/j.addma.2020.101762 ↗
57. 10.1016/j.matdes.2020.10848110.1016/j.matdes.2020.108481 ↗
58. 10.1016/j.matdes.2018.06.03710.1016/j.matdes.2018.06.037 ↗
59. 10.1016/j.mfglet.2022.01.00510.1016/j.mfglet.2022.01.005 ↗
60. 10.1016/j.jmapro.2021.10.05210.1016/j.jmapro.2021.10.052 ↗
61. 10.1016/j.jmatprotec.2021.11742610.1016/j.jmatprotec.2021.117426 ↗
62. 10.1016/j.addma.2021.10239910.1016/j.addma.2021.102399 ↗
63. 10.1016/j.addma.2018.11.01510.1016/j.addma.2018.11.015 ↗
64. 10.1016/j.matdes.2016.09.08610.1016/j.matdes.2016.09.086 ↗
65. 10.1016/j.jmapro.2018.10.02810.1016/j.jmapro.2018.10.028 ↗
66. 10.1016/j.addma.2016.12.00110.1016/j.addma.2016.12.001 ↗
67. 10.1016/j.matdes.2019.10838110.1016/j.matdes.2019.108381 ↗
68. 10.1016/j.apsusc.2007.08.07410.1016/j.apsusc.2007.08.074 ↗
69. 10.1016/j.addma.2020.10114710.1016/j.addma.2020.101147 ↗
70. 10.1016/j.ijlmm.2019.04.00110.1016/j.ijlmm.2019.04.001 ↗
71. 10.3390/MA1316363210.3390/MA13163632 ↗
72. 10.1016/j.jmatprotec.2015.02.03210.1016/j.jmatprotec.2015.02.032 ↗
73. 10.1007/s00170-011-3566-110.1007/s00170-011-3566-1 ↗
74. 10.1016/j.jmatprotec.2010.05.01010.1016/j.jmatprotec.2010.05.010 ↗
75. 10.1016/j.addma.2016.01.00410.1016/j.addma.2016.01.004 ↗
76. 10.1016/j.matpr.2021.05.20010.1016/j.matpr.2021.05.200 ↗
77. 10.1016/j.jmapro.2022.04.05110.1016/j.jmapro.2022.04.051 ↗
78. 10.1016/j.matdes.2021.10965910.1016/j.matdes.2021.109659 ↗
79. 10.1016/j.jmapro.2020.07.02310.1016/j.jmapro.2020.07.023 ↗
80. 10.1016/j.matdes.2022.11038610.1016/j.matdes.2022.110386 ↗
81. 10.1016/j.addma.2021.10233410.1016/j.addma.2021.102334 ↗
82. 10.1016/j.matdes.2020.10904510.1016/j.matdes.2020.109045 ↗
83. 10.1016/j.addma.2020.10179210.1016/j.addma.2020.101792 ↗
84. 10.1016/j.procir.2021.03.10210.1016/j.procir.2021.03.102 ↗
85. 10.1016/j.jmapro.2019.10.02710.1016/j.jmapro.2019.10.027 ↗
86. 10.1016/j.ijfatigue.2022.10700910.1016/j.ijfatigue.2022.107009 ↗
87. 10.1016/j.jmst.2020.08.06110.1016/j.jmst.2020.08.061 ↗
88. 10.1016/j.matlet.2016.09.07710.1016/j.matlet.2016.09.077 ↗
89. 10.1016/j.jmst.2017.04.01710.1016/j.jmst.2017.04.017 ↗
90. 10.1016/j.jallcom.2018.02.11110.1016/j.jallcom.2018.02.111 ↗
91. 10.1016/j.matdes.2018.02.01510.1016/j.matdes.2018.02.015 ↗
92. 10.1007/s00170-022-09640-z10.1007/s00170-022-09640-z ↗
93. 10.1016/j.addma.2019.05.01510.1016/j.addma.2019.05.015 ↗
94. 10.1016/j.addma.2021.10234010.1016/j.addma.2021.102340 ↗
95. 10.1016/j.addma.2018.07.00110.1016/j.addma.2018.07.001 ↗
96. 10.1016/j.jmatprotec.2022.11754310.1016/j.jmatprotec.2022.117543 ↗
97. 10.1016/j.ijmecsci.2022.10709210.1016/j.ijmecsci.2022.107092 ↗
98. 10.3390/met1304064110.3390/met13040641 ↗
99. 10.1016/j.pmatsci.2023.10110910.1016/j.pmatsci.2023.101109 ↗
100. 10.1016/j.ultras.2023.10702410.1016/j.ultras.2023.107024 ↗