Influence of machining-based post-processing on the surface topography of DMLS 316L stainless steel for fusion-relevant applications

Abstract

This study investigates the effect of machining-based post-processing on the surface topography of Direct Metal Laser Sintered (DMLS) 316L stainless steel intended for fusion-relevant applications. Cubic samples (30 × 30 × 30 mm) were produced by additive manufacturing and subsequently finished by face milling and surface grinding under two parameter settings each. The surface topography was characterized using an AltiSurf 520 optical system in accordance with ISO 25178. The as-printed surface exhibited high roughness (Sa = 8.899 μm, Sz = 79.427 μm), while all post-processed surfaces showed significant improvements. The lowest roughness (Sa = 1.346 μm) was obtained after grinding at 7 m/min feed rate. Skewness and kurtosis analysis indicated that machining transformed the peak-dominated surface into a more uniform, near-Gaussian texture. The results confirm that controlled milling and grinding operations can effectively enhance the surface integrity of DMLS 316L components. These findings demonstrate the potential of hybrid additive–subtractive manufacturing to produce surfaces suitable for the vacuum and functional requirements of fusion technology applications.

У цьому дослідженні досліджується вплив постобробки на основі механічної обробки на топографію поверхні нержавіючої сталі Direct Laser Sintered (DMLS) 316L, призначеної для застосувань, пов'язаних із термоядерним синтезом. Кубічні зразки (30 × 30 × 30 мм) виготовлялися методом адитивного виробництва і в подальшому допрацьовувалися торцевим фрезеруванням і шліфуванням поверхні при двох параметричних налаштуваннях кожен. Рельєф поверхні був охарактеризований за допомогою оптичної системи AltiSurf 520 відповідно до стандарта ISO 25178. Надрукована поверхня продемонструвала високу шорсткість (Sa = 8,899 мкм, Sz = 79,427 мкм), тоді як усі поверхні, що пройшли постобробку, показали значне покращення. Найнижча шорсткість (Sa = 1,346 мкм) була отримана після шліфування при швидкості подачі 7 м/хв. Аналіз перекосу та куртозу показав, що механічна обробка перетворила поверхню, в більш однорідну, майже гаусову текстуру. Результати підтверджують, що контрольовані операції фрезерування та шліфування можуть ефективно покращити цілісність поверхні компонентів DMLS 316L. Ці результати демонструють потенціал гібридного адитивно-субтрактивного виробництва для отримання поверхонь, придатних для вакуума та функціональних вимог застосування термоядерних технологій.