Selective Laser Melting (SLM) is a particular rapid prototyping, 3D printing, or Additive Manufacturing (AM) technique designed to use high power-density laser to melt and fuse metallic powders. A component is built by selectively melting and fusing powders within and between layers. The SLM technique is also commonly known as direct selective laser sintering, LaserCusing, and direct metal laser sintering, and this technique has been proven to produce near net-shape parts up to 99.9% relative density. This enables the process to build near full density functional parts and has viable economic benefits. Recent developments of fibre optics and high-power laser have also enabled SLM to process different metallic materials, such as copper, aluminium, and tungsten. Similarly, this has also opened up research opportunities in SLM of ceramic and composite materials. The review presents the SLM process and some of the common physical phenomena associated with this AM technology. It then focuses on the following areas: (a) applications of SLM materials and (b) mechanical properties of SLM parts achieved in research publications. The review is not meant to put a ceiling on the capabilities of the SLM process but to enable readers to have an overview on the material properties achieved by the SLM process so far. Trends in research of SLM are also elaborated in the last section.

3D printing is emerging as an enabling technology for a wide range of new applications. From fundamentals point of view, the available materials, fabrication speed, and resolution of 3D printing processes must be considered for each specific application. This review provides a basic understanding of fundamentals of 3D printing processes and the recent development of novel 3D printing materials such as smart materials, ceramic materials, electronic materials, biomaterials and composites. It should be noted that the versatility of 3D printing materials comes from the variety of 3D printing systems, and all the new printers or processes for novel materials have not gone beyond the seven categories defined in ISO/ASTM standard. However, 3D printing should never be seen as a standalone process, it is becoming an integral part of a multi-process system or an integrated process of multiple systems to match the development of novel materials and new requirements of products.

Rapid prototyping (RP) has revolutionized how prototypes are made and small batch manufacturing is carried out. With rapid prototyping, the strategies used to produce a part change a number of important considerations and limitations previously faced by tool designers and engineers. Now in its third edition, this textbook is still the definitive text on RP. It covers the key RP processes, the available models and specifications, and their principles, materials, advantages and disadvantages. Examples of application areas in design, planning, manufacturing, biomedical engineering, art and architecture are also given. The book includes several related problems so that the reader can test his or her understanding of the topics. New to this edition, the included DVD-ROM presents animated illustrations of the working principles of today's key RP processes.

In tissue engineering (TE), temporary three-dimensional scaffolds are essential to guide cell proliferation and to maintain native phenotypes in regenerating biologic tissues or organs. To create the scaffolds, rapid prototyping (RP) techniques are emerging as fabrication techniques of choice as they are capable of overcoming many of the limitations encountered with conventional manual-based fabrication processes. In this research, RP fabrication of solvent free porous polymeric and composite scaffolds was investigated. Biomaterials such as polyetheretherketone (PEEK) and hydroxyapatite (HA) were experimentally processed on a commercial selective laser sintering (SLS) RP system. The SLS technique is highly advantageous as it provides good user control over the microstructures of created scaffolds by adjusting the SLS process parameters. Different weight percentage (wt%) compositions of physically mixed PEEK/HA powder blends were sintered to assess their suitability for SLS processing. Microstructural assessments of the scaffolds were conducted using electron microscopy. The results ascertained the potential of SLS-fabricated TE scaffolds.

Electron beam melting (EBM®)-built Ti–6Al–4V has increasingly shown great potential for orthopedic implant and aerospace applications in recent years. The microstructure and mechanical properties of EBM-built Ti–6Al–4V have been systematically investigated in this work. Its microstructure consists of columnar prior β grains delineated by wavy grain boundary α and transformed α/β structures with both cellular colony and basket-weave morphology as well as numerous singular α bulges within the prior β grains. The β phase is found to form as discrete flat rods embedded in continuous α phase and its volume fraction is determined to be ∼3.6%. Moreover, α′ martensite was not observed as it has decomposed into α and β phases. In particular, the α/β interface was studied in detail combined transmission electron microscopy with atom probe tomography. Of note is that graded Ti–6Al–4V microstructure i.e. both prior β grain width and β phase interspacing continuously increase with the build height, was observed, which mainly arises from the decreasing cooling rate. Furthermore, an increasingly pronounced strain hardening effect was also observed as the previously built layers undergo a longer annealing compared to the subsequent layers. As a result, graded mechanical properties of Ti–6Al–4V with degraded microhardness and tensile properties were found. A good agreement with the Hall–Petch relation indicates that the graded property takes place mainly due to the graded microstructure. In addition, this graded microstructure and mechanical properties were discussed based on a quantitative characterization.

Laser-based powder-bed fusion additive manufacturing or three-dimensional printing technology has gained tremendous attention due to its controllable, digital, and automated manufacturing process, which can afford a refined microstructure and superior strength. However, it is a major challenge to additively manufacture metal parts with satisfactory ductility and toughness. Here we report a novel selective laser melting process to simultaneously enhance the strength and ductility of stainless steel 316L by in-process engineering its microstructure into a <011> crystallographic texture. We find that the tensile strength and ductility of SLM-built stainless steel 316L samples could be enhanced by ~16% and ~40% respectively, with the engineered <011> textured microstructure compared to the common <001> textured microstructure. This is because the favorable nano-twinning mechanism was significantly more activated in the <011> textured stainless steel 316L samples during plastic deformation. In addition, kinetic simulations were performed to unveil the relationship between the melt pool geometry and crystallographic texture. The new additive manufacturing strategy of engineering the crystallographic texture can be applied to other metals and alloys with twinning-induced plasticity. This work paves the way to additively manufacture metal parts with high strength and high ductility. A steel alloy with both high tensile strength and ductility has been three-dimensional (3D) printed by researchers in Singapore. Additive manufacturing builds 3D objects by adding materials layer by layer, a relatively simple process for plastics. However, this manufacturing process is much more difficult for metals, which are susceptible to defects and internal pores. This is particularly problematic when the final product needs excellent mechanical properties, such as hardness or strength. Xipeng Tan and co-workers from Nanyang Technological University used a specific laser scanning strategy to melt metallic powders and form a stainless steel alloy with a zig-zag crystallographic microstructure. The tensile strength and ductility of their stainless steel samples were increased by approximately 16% and 40%, respectively, compared to an alloy with the typical microstructure. A creative approach to substantially enhance both the strength and ductility of SLM-printed metal parts was successfully demonstrated on the ubiquitous marine-grade stainless steel 316L. The new discovery improves the strength and ductility of stainless steel parts by ~16% and 40% compared with the typical 3D printing process and conventional manufacturing methods. Control of the crystallographic texture is key for this breakthrough, which was achieved by tailoring the geometrical features of the melt pool involved in the laser-based 3D printing process. The desired <011> crystallographic texture favors the activation of the nano-twinning mechanism, which simultaneously enhances the strength and ductility.

Significant progress has been made in understanding selective laser melting (SLM) process as well as fabrication of various materials using this technology. This paper covers the emerging research on particle reinforced metal matrix nanocomposites (MMNCs) with SLM and provides a comprehensive overview of the underlying scientific topics behind them. In order to provide a thorough basis for understanding and controlling of the SLM processing of MMNCs fabrication, the state of the art research from the perspective of materials and SLM processing parameters is reviewed. Feedstock preparation methods for MMNCs are emphasized and compared in detail. Mechanical properties of nanocomposites and the enhancing mechanisms due to reinforcement are discussed in depth, highlighting strength, microhardness and fatigue properties. Thereafter, defects, especially those associated with SLM processing, are also elucidated by discussing their classification, mechanisms of formation and tendency in MMNCs. Applications in aerospace, automobile, electronics and electronic packaging, and biomedical industry are illustrated. Summary of findings from this review and trends for future research in the development of MMNCs by SLM are addressed in the final section.

A growing number of three-dimensional (3D)-printing processes have been applied to tissue engineering. This paper presents a state-of-the-art study of 3D-printing technologies for tissue-engineering applications, with particular focus on the development of a computer-aided scaffold design system; the direct 3D printing of functionally graded scaffolds; the modeling of selective laser sintering (SLS) and fused deposition modeling (FDM) processes; the indirect additive manufacturing of scaffolds, with both micro and macro features; the development of a bioreactor; and 3D/4D bioprinting. Technological limitations will be discussed so as to highlight the possibility of future improvements for new 3D-printing methodologies for tissue engineering.

As one of the most important categories in the additive manufacturing (AM) field, powder-based techniques, such as selective laser sintering, electron beam melting and selective laser melting, utilize laser or electronic beams to selectively fuse polymeric, metallic, ceramic or composite powders layer-by-layer into desired products according to their computer-aided design models. With unique mechanical, thermal, electrical, biocompatible and fire-retardant properties, polymeric composite materials for powder-based AM have been attracting intensive research interests because of their potential for a wide variety of functional applications in aerospace, automobile, marine and offshore, medical and many other industries. This article provides a comprehensive review of the recent progress on polymeric composite materials, their powder preparation for AM, and functionalities and applications of their printed products. It begins with the introduction of thermoplastic polymers that have been used as the main matrices of the polymeric composites and various composite reinforcements such as metallic, ceramic, carbon-based fillers and polymer blends for strengthening and functionality purposes. Discussion is then made on the processes for manufacturing such polymeric composites into powder form, which include shear pulverization, solution-based methods and melt compounding methods, with a focus on their advantages, limitations and challenges in terms of their productivity and processibility as well as powder printability. Thereafter, the properties and functionalities of the printed products and their various intriguing applications particularly in biomedical (anatomical models, tissue engineering and drug delivery), aerospace, automobile, military, energy and environmental, acoustic devices and sports equipment are highlighted. Finally, this review is concluded with an outlook on polymeric composites for powder-based AM, new opportunities, major challenges and possible solutions.

Rapid prototyping (RP) techniques are becoming more popular for fabricating tissue engineering (TE) scaffolds owing to their advantages over conventional methods, such as the ability to fabricate scaffolds with predetermined interconnected networks without the use of organic solvents. A versatile RP technique, selective laser sintering (SLS), offers good user control of scaffold microstructure by adjusting the process parameters. This research focuses on a the use of biocomposite material, consisting of poly-epsilon-caprolactone (PCL) and hydroxyapatite (HA), to fabricate TE scaffolds using SLS. Biocomposite blends with different percentage weights of HA were physically blended and sintered to assess their suitability for fabrication via SLS. Optimal sintering conditions for the powders were achieved by varying parameters such as laser power and scan speed. Studies of the sintered specimen morphology were performed by scanning electron microscopy. Thermogravimetric analysis confirmed the homogeneity of the biocomposite blend. Simulated body fluid (SBF) samples show the formation of hydroxy carbonate apatite, as a result of soaking HA in a SBF environment. Cell culture experiment showed that Saos-2 cells were able to live and replicate on the fabricated scaffolds. The results show the favorable potential of PCL/HA biocomposite as TE scaffolds that are fabricated via SLS.