journal article·2024-12

Recent Progress on 3D Printing of Lightweight Metal Thin‐Walled Structures

Priyanka Vivegananthan, Shubo Gao, Weiming Ji, Haiyang Fan, Changjun Han, Kun Zhou

Advanced Materials· Volume 36· Issue 49
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Abstract

Abstract Metal thin‐walled structures are ubiquitous in various industrial applications and fabricating them through additive manufacturing (AM) enables intricate thin‐wall geometries with no assembly required. However, additively manufactured metal thin walls suffer from increased heat accumulation and reduced structural stability, making it difficult to print geometrically accurate thin walls with minimal distortion and defects. Thin‐walled structures also experience different thermal histories and solidification conditions compared to bulk structures, leading to drastic differences in the microstructure and mechanical properties. In this review article, the AM processing of metal thin‐walled structures will be introduced. An in‐depth discussion on the design strategies of additively manufactured metal thin walls will be presented regarding the restrictions imposed by the AM technology, the integration of thin walls in lightweight structures, and novel design ideation through topology optimization. The effects that the thin wall design has on the geometrical accuracy, microstructure, and mechanical properties will then be elucidated. The utilization of AM for fabricating metal thin walls across various industries will also be summarized. Finally, this review article will close on some perspectives and future work on the AM of metal thin‐walled structures.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Additive Manufacturing and 3D Printing Technologies · Additive Manufacturing Materials and Processes · Cellular and Composite Structures

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

Affiliations

School of Mechanical and Aerospace Engineering Nanyang Technological University 50 Nanyang Avenue Singapore 639798 Singapore

Yantai Research Institute Harbin Engineering University Yantai 264006 China

School of Mechanical and Automotive Engineering South China University of Technology Guangzhou 510641 China

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1002/978047054908710.1002/9780470549087 ↗
2. 10.1002/0470091355.ecm02610.1002/0470091355.ecm026 ↗
3. 10.1016/j.tws.2017.05.01810.1016/j.tws.2017.05.018 ↗
4. 10.1016/j.pmatsci.2017.10.00110.1016/j.pmatsci.2017.10.001 ↗
5. 10.1016/j.matdes.2019.10813710.1016/j.matdes.2019.108137 ↗
6. 10.1016/j.cja.2020.09.02010.1016/j.cja.2020.09.020 ↗
7. 10.1016/j.biomaterials.2016.01.01210.1016/j.biomaterials.2016.01.012 ↗
8. Ding J. · Addit. Manuf. · 2022 · 58
9. 10.1016/j.matchar.2017.11.05210.1016/j.matchar.2017.11.052 ↗
10. 10.1016/j.matchar.2018.04.04010.1016/j.matchar.2018.04.040 ↗
11. 10.1016/j.actamat.2014.12.04710.1016/j.actamat.2014.12.047 ↗
12. 10.1016/j.jallcom.2016.12.03410.1016/j.jallcom.2016.12.034 ↗
13. 10.1016/j.msea.2021.14158710.1016/j.msea.2021.141587 ↗
14. 10.1016/j.jallcom.2022.16472310.1016/j.jallcom.2022.164723 ↗
15. 10.1016/j.jallcom.2015.05.17810.1016/j.jallcom.2015.05.178 ↗
16. 10.1016/j.matchar.2013.07.01210.1016/j.matchar.2013.07.012 ↗
17. 10.1016/j.addma.2019.10086110.1016/j.addma.2019.100861 ↗
18. 10.1016/j.addma.2021.10247210.1016/j.addma.2021.102472 ↗
19. 10.3390/dj910010910.3390/dj9100109 ↗
20. 10.3390/ma1319441310.3390/ma13194413 ↗
21. 10.1016/j.procir.2016.08.03410.1016/j.procir.2016.08.034 ↗
22. 10.1007/s00339-016-0480-210.1007/s00339-016-0480-2 ↗
23. 10.1016/j.jmapro.2017.01.00810.1016/j.jmapro.2017.01.008 ↗
24. 10.1016/j.mattod.2018.07.00110.1016/j.mattod.2018.07.001 ↗
25. 10.1108/1355254081084155310.1108/13552540810841553 ↗
26. 10.1016/j.jmatprotec.2011.10.01510.1016/j.jmatprotec.2011.10.015 ↗
27. 10.1016/j.jmatprotec.2018.09.00410.1016/j.jmatprotec.2018.09.004 ↗
28. 10.1016/j.jmatprotec.2020.11702010.1016/j.jmatprotec.2020.117020 ↗
29. 10.1007/s11665-014-0958-z10.1007/s11665-014-0958-z ↗
30. 10.1179/1743280411Y.000000001410.1179/1743280411Y.0000000014 ↗
31. 10.1080/09506608.2015.111664910.1080/09506608.2015.1116649 ↗
32. 10.1146/annurev-matsci-070115-03202410.1146/annurev-matsci-070115-032024 ↗
33. 10.1016/j.matdes.2017.11.02110.1016/j.matdes.2017.11.021 ↗
34. EOS GmbH https://www.eos.info n.d.
35. P.Newsroom https://newsroom.porsche.com 2020.
36. 10.1007/s00170-016-8819-610.1007/s00170-016-8819-6 ↗
37. 10.1108/RPJ-10-2015-013610.1108/RPJ-10-2015-0136 ↗
38. 10.1016/j.addma.2020.10155910.1016/j.addma.2020.101559 ↗
39. 10.1016/j.matdes.2014.05.02110.1016/j.matdes.2014.05.021 ↗
40. 10.1016/j.msea.2015.01.03110.1016/j.msea.2015.01.031 ↗
41. 10.1016/j.eng.2019.06.00910.1016/j.eng.2019.06.009 ↗
42. 10.1016/j.compstruct.2019.11119910.1016/j.compstruct.2019.111199 ↗
43. Plotkowski A. · Addit. Manuf. · 2019 · 29
44. 10.1016/j.jmatprotec.2014.07.01710.1016/j.jmatprotec.2014.07.017 ↗
45. 10.1016/j.msea.2009.11.01510.1016/j.msea.2009.11.015 ↗
46. 10.1016/j.addma.2015.07.00110.1016/j.addma.2015.07.001 ↗
47. Tang L. · J. Manuf. Sci. Eng. · 2010 · 132
48. 10.1016/j.jmapro.2019.04.01910.1016/j.jmapro.2019.04.019 ↗
49. 10.1016/j.jmapro.2022.01.02910.1016/j.jmapro.2022.01.029 ↗
50. 10.1016/j.addma.2017.09.00210.1016/j.addma.2017.09.002 ↗
51. 10.1016/j.surfcoat.2006.05.00610.1016/j.surfcoat.2006.05.006 ↗
52. 10.1007/s00170-019-04195-y10.1007/s00170-019-04195-y ↗
53. 10.1080/24725854.2019.170175310.1080/24725854.2019.1701753 ↗
54. 10.1016/j.matdes.2018.07.00710.1016/j.matdes.2018.07.007 ↗
55. 10.1016/j.actamat.2016.03.01910.1016/j.actamat.2016.03.019 ↗
56. 10.1016/j.procir.2018.05.03910.1016/j.procir.2018.05.039 ↗
57. 10.1016/j.commatsci.2016.10.00310.1016/j.commatsci.2016.10.003 ↗
58. 10.1016/j.matdes.2020.10877910.1016/j.matdes.2020.108779 ↗
59. Wu C. · Addit. Manuf. · 2021 · 47
60. 10.1016/j.jmatprotec.2012.11.01110.1016/j.jmatprotec.2012.11.011 ↗
61. 10.1016/j.addma.2020.10109010.1016/j.addma.2020.101090 ↗
62. 10.1016/j.matchar.2018.04.00310.1016/j.matchar.2018.04.003 ↗
63. 10.1111/ffe.1346110.1111/ffe.13461 ↗
64. 10.1007/s11665-013-0658-010.1007/s11665-013-0658-0 ↗
65. 10.1016/j.addma.2020.10161910.1016/j.addma.2020.101619 ↗
66. Kruth J. P. · IEEE Electron Device Lett. · 2005 · 10
67. 10.1016/j.jmatprotec.2013.05.00110.1016/j.jmatprotec.2013.05.001 ↗
68. 10.2351/1.488523510.2351/1.4885235 ↗
69. 10.2351/1.498016410.2351/1.4980164 ↗
70. 10.2351/7.000011510.2351/7.0000115 ↗
71. 10.1007/s00339-017-1189-610.1007/s00339-017-1189-6 ↗
72. 10.1016/j.optlaseng.2017.07.00310.1016/j.optlaseng.2017.07.003 ↗
73. 10.1007/s00170-020-05827-410.1007/s00170-020-05827-4 ↗
74. K.Atzinger S.Nameer D.Orye M.Wohlfart 2022 https://3d.eos.info/resource‐library
75. 10.1016/j.engstruct.2020.11132410.1016/j.engstruct.2020.111324 ↗
76. 10.1016/j.compstruct.2018.10.06810.1016/j.compstruct.2018.10.068 ↗
77. 10.1016/j.addma.2022.10278910.1016/j.addma.2022.102789 ↗
78. 10.1016/j.tws.2016.02.00710.1016/j.tws.2016.02.007 ↗
79. 10.1016/j.tws.2016.11.00410.1016/j.tws.2016.11.004 ↗
80. 10.1016/j.compstruct.2018.04.05710.1016/j.compstruct.2018.04.057 ↗
81. 10.1016/j.ijmecsci.2019.04.04910.1016/j.ijmecsci.2019.04.049 ↗
82. 10.1016/j.ijmecsci.2021.10647510.1016/j.ijmecsci.2021.106475 ↗
83. 10.1016/j.nme.2019.02.03410.1016/j.nme.2019.02.034 ↗
84. 10.1016/j.tws.2022.10986410.1016/j.tws.2022.109864 ↗
85. 10.1016/j.addma.2018.11.01810.1016/j.addma.2018.11.018 ↗
86. 10.3390/ma1208122510.3390/ma12081225 ↗
87. 10.1016/j.tws.2021.10749310.1016/j.tws.2021.107493 ↗
88. 10.3390/app918384410.3390/app9183844 ↗
89. 10.1016/j.applthermaleng.2019.11440810.1016/j.applthermaleng.2019.114408 ↗
90. 10.1016/j.matdes.2019.10803610.1016/j.matdes.2019.108036 ↗
91. 10.1016/j.compstruct.2020.11246910.1016/j.compstruct.2020.112469 ↗
92. 10.1016/j.tws.2020.10662310.1016/j.tws.2020.106623 ↗
93. 10.1016/j.compstruct.2021.11385010.1016/j.compstruct.2021.113850 ↗
94. 10.1016/j.tws.2021.10779510.1016/j.tws.2021.107795 ↗
95. 10.1016/j.tws.2020.10725210.1016/j.tws.2020.107252 ↗
96. 10.1016/j.ijmecsci.2022.10757310.1016/j.ijmecsci.2022.107573 ↗
97. 10.1080/17452759.2024.232116010.1080/17452759.2024.2321160 ↗
98. 10.1108/1355254101104929810.1108/13552541011049298 ↗
99. 10.1016/j.cossms.2021.10094010.1016/j.cossms.2021.100940 ↗
100. 10.1016/j.ijplas.2017.02.00310.1016/j.ijplas.2017.02.003 ↗