journal article·2025-09Open access

Toward Architected Microstructures Using Advanced Laser Beam Shaping in Laser Powder Bed Fusion of Ti‐6Al‐4V

Reza Esmaeilzadeh, Jamasp Jhabvala, Lucas Schlenger, Mathijs van der Meer, Eric Boillat, Cyril Cayron, Amir Mohammad Jamili, Junfeng Xiao, Roland E. Logé

Advanced Functional Materials· Volume 35· Issue 39

Abstract

Abstract Laser Powder Bed Fusion (LPBF) stations mostly use lasers with a Gaussian beam intensity distribution, as it has advantages like small divergence and high ability to be focused. This distribution creates significant thermal gradients leading to high cooling rates, which promote the formation of an α’‐martensitic structure in Ti‐6Al‐4V. While this microstructure offers high strength, it sacrifices ductility, necessitating post‐processing heat treatments to decompose the α’‐martensite into an α+β lamellar structure. However, these post‐treatments are time‐consuming, and notably transform the part microstructure in a uniform way. In this study, an advanced laser beam shaping module, based on a liquid crystals on silicon‐spatial light modulator (LCoS‐SLM) is employed, to customize the intensity distribution and reduce the cooling rate with appropriate processing parameters. Thermal camera monitoring, along with finite element modeling (FEM), confirmed a significant reduction in the cooling rate for the tailored beam, compared to the Gaussian profile. This technique is implemented in the LPBF process, resulting in specimens with a mixture of lamellar α+β and α’‐martensitic structures site specifically. Beam shaping is thereby shown to provide new degrees of freedom for fine‐tuning of microstructures at the melt pool scale, and for LPBF building of 3D architected microstructures.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Additive Manufacturing Materials and Processes · Additive Manufacturing and 3D Printing Technologies · High Entropy Alloys Studies

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

Affiliations

Thermomechanical Metallurgy Laboratory, PX Group Chair École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Neuchâtel CH‐2002 Switzerland

COMATEC School of Engineering and Management Vaud HES‐SO CH‐1400 Switzerland

Funding

Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung

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