Evaluating the Printability and Properties of Graphene-Titanium Composites Fabricated via Selective Laser Melting

Abstract

This study investigates the development, printability, and material characteristics of graphene-reinforced Ti6Al4V composites fabricated via Selective Laser Melting (SLM), with an emphasis on their suitability for high-performance engineering applications. Experimental work involved producing composites with two graphene concentrations (0.5 wt% and 1.5 wt%) to assess their impact on printability, microstructure, and mechanical properties. Techniques such as Scanning Electron Microscopy (SEM), hardness testing were employed to analyze the composites. Results indicated that 0.5 wt% graphene provided more uniform dispersion and improved hardness, while 1.5 wt% led to printing defects, agglomeration, and poor structural integrity. Findings indicate that 0.5 wt% graphene offers optimal mechanical performance and homogeneity, while higher concentrations introduce structural instabilities, porosity, and agglomeration effects. This work contributes to the broader understanding of processing-structure-property relationships in SLM-fabricated titanium composites and supports the advancement of graphene-based reinforcements for next-generation additive manufacturing (AM) applications.

Tato studie se zabývá vývojem, tisknutelností a materiálovými charakteristikami kompozitů na bázi Ti6Al4V vyztužených grafenem, vyráběných metodou selektivního laserového tavení (SLM). Důraz je kladen na jejich vhodnost pro aplikace v oblasti vysoce výkonného inženýrství. Experimentální část zahrnovala výrobu kompozitů se dvěma různými koncentracemi grafenu (0,5 wt% a 1,5 wt%) za účelem vyhodnocení jejich vlivu na tisknutelnost, mikrostrukturu a mechanické vlastnosti. Pro analýzu byly použity metody jako skenovací elektronová mikroskopie (SEM) a zkoušky tvrdosti. Výsledky ukázaly, že přídavek 0,5 wt% grafenu vedl k rovnoměrnějšímu rozptýlení a vyšší tvrdosti, zatímco 1,5 wt% způsobovalo tiskové vady, aglomeraci a sníženou strukturální integritu. Zjištění naznačují, že obsah 0,5 hm.% grafenu poskytuje optimální mechanické vlastnosti a homogenitu, zatímco vyšší koncentrace vedou k poruchám struktury, pórovitosti a shlukování. Tato práce přispívá k hlubšímu pochopení vztahu mezi zpracováním, strukturou a vlastnostmi kompozitů vyráběných metodou SLM a podporuje rozvoj grafenových výztuží pro další generaci aplikací v aditivní výrobě.