This thesis explores an advanced additive manufacturing process that integrates Selective Laser Melting (SLM) with bound metal deposition to overcome the limitations of conventional metal FDM. Traditional metal FDM is constrained by complex post-processing stages, including debinding and furnace sintering, which introduce issues like excessive shrinkage, porosity, and limited design complexity. These challenges highlight the need for an innovative approach that can produce dense, mechanically robust metal components more efficiently. The development of such a process is crucial for industries demanding high-strength, precision-engineered metal parts, yet this goal remains elusive due to the complexities of achieving uniform layer fusion and optimal material properties. To address this, the project proposed and developed a novel sintering process that combines SLM with an eco-friendly binder application method, aiming to streamline production by eliminating debinding and bulk sintering steps. Using tool steel powder bound with corn starch, an organic binder, the research employed a manual layering technique, followed by controlled laser melting to achieve layer-by-layer bonding. Parameter optimization focused on adjusting laser power, velocity, and layer thickness to achieve an optimal energy density that promotes complete fusion without defects like melt pools or excessive spattering. Experimental trials were structured through a Design of Experiments (DOE) approach, enabling systematic evaluation of laser settings and material behavior. The results demonstrate that a balanced energy density—achieved through medium laser power and low velocity—yielded high-density sintered layers with minimal porosity and high hardness, confirming the process’s potential for creating robust, durable metal parts. Microstructural analysis revealed a martensitic matrix with well-distributed carbides, while surface porosity was minimized at a 0.2 mm layer thickness, indicating optimal structural cohesion. The successful integration of SLM with metal FDM principles offers a streamlined manufacturing solution, reducing time and cost while enhancing part quality. This work lays a foundation for further advancements in additive manufacturing, with implications for creating large, complex metal parts without traditional postprocessing constraints, opening new possibilities for industrial applications.

Denna avhandling utforskar en avancerad additiv tillverkningsprocess som integrerar selektiv lasersmältning (SLM) med metallprinciperna från Fused Deposition Modeling (FDM) för att övervinna begränsningarna med konventionell metall-FDM. Traditionell metall-FDM begränsas av komplexa efterbehandlingssteg, inklusive avbindning och sintring i ugn, vilket medför problem som överdriven krympning, porositet och begränsad designkomplexitet. Dessa utmaningar understryker behovet av en innovativ metod som kan producera täta, mekaniskt robusta metalldelar mer effektivt. Utvecklingen av en sådan process är avgörande för industrier som kräver hög hållfasthet och precision i sina metalldelar, men detta mål förblir svårfångat på grund av komplexiteten i att uppnå jämn skiktfusion och optimala materialegenskaper. För att åtgärda detta föreslog och utvecklade projektet en ny sintringsprocess som kombinerar SLM med en miljövänlig bindningsmetod för att effektivisera produktionen genom att eliminera avbindnings- och bulk-sintringsstegen. Med hjälp av verktygsstålspulver bundet med majsstärkelse, en organisk bindare, använde forskningen en manuell skiktningsmetod följd av kontrollerad lasersintring för att uppnå skikt-för-skikt-bindning. Optimering av parametrarna fokuserade på att justera laserstyrka, hastighet och skikttjocklek för att uppnå en optimal energitäthet som främjar fullständig fusion utan defekter som smältpooler eller överdriven spridning. Experimentella tester strukturerades genom en Design of Experiments (DOE)-metod för att systematiskt utvärdera laserinställningar och materialets beteende. Resultaten visar att en balanserad energitäthet—uppnådd genom medium laserstyrka och låg hastighet—gav täta sintrade skikt med minimal porositet och hög hårdhet, vilket bekräftar processens potential att skapa robusta, hållbara metalldelar. Mikrostrukturanalys visade en martensitisk matris med välfördelade karbider, medan ytporositeten minimerades vid en skikttjocklek på 0,2 mm, vilket indikerar optimal strukturell sammanhållning. Den framgångsrika integrationen av SLM med metallFDM-principer erbjuder en effektivare tillverkningslösning som minskar tid och kostnader samt förbättrar delarnas kvalitet. Detta arbete lägger grunden för ytterligare framsteg inom additiv tillverkning, med implikationer för att skapa stora, komplexa metalldelar utan traditionella efterbehandlingsbegränsningar, vilket öppnar nya möjligheter för industriella applikationer.