Riassunto analitico
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) è la principale tecnologia di Additive Manufacturing (AM) per la produzione di parti metalliche: grazie alla tecnica costruttiva che prevede l'aggiunta di materiale, anziché la sua rimozione, e alla possibilità di produrre forme estremamente complesse, questo processo è diventato sempre più promettente in diverse applicazioni industriali, come nell'ambito automotive e nell'industria aerospaziale. Il crescente interesse per uno sviluppo più ecosostenibile ha contribuito inoltre alla crescita della tecnologia L-PBF. Attraverso analisi comparative con i processi produttivi convenzionali, sono stati confermati significativi vantaggi ambientali legati all'implementazione di questa nuova tecnica, come un utilizzo più efficiente delle risorse e la riduzione delle perdite di materiale.
Questa tesi esplora la valutazione ambientale della tecnologia L-PBF e si compone di due parti: inizialmente, viene progettato un modello predittivo al fine di determinare il consumo energetico associato alla costruzione di componenti metallici, prodotti con lega di alluminio AlSi10Mg su una macchina SLM280. Nella seconda parte dello studio, viene eseguita una valutazione dell'impatto ambientale su un componente topologicamente ottimizzato per applicazioni automotive. Attraverso un'analisi di Life Cycle Assessment (LCA), sono stimati il consumo energetico e il flusso di materie prime necessari per la produzione del componente nella sua forma originale e successivamente nella sua forma ottimizzata, utilizzando strutture reticolari. I risultati conseguiti mostrano che ai vantaggi associati alle strutture reticolari in termini di riduzione del peso, con conseguente utilizzo di meno materiale, non corrispondono altrettanti vantaggi in termini di riduzione dell'impatto ambientale: queste strutture risultano avere un consumo energetico più elevato rispetto a una struttura sfusa; inoltre, sembra che questo svantaggio energetico non sia compensato da un'adeguata riduzione di materiale, legata alla scelta progettuale di una struttura tridimensionale a celle aperte.
|
Abstract
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) is the leading Additive Manufacturing (AM) technology for metal parts production: thanks to the construction technique of adding material, instead of removing it, and the possibility to produce extremely complex shapes, this process has become increasingly promising in several industrial applications, such as aerospace and automotive industries. The growing interest in more environmentally sustainable development has contributed to the growth of the L-PBF technology. Through comparative analyses with conventional manufacturing processes, significant environmental benefits have been confirmed related to the implementation of this process technique, such as more efficient resource utilization and material loss reduction.
This thesis explores the environmental assessment of the L-PBF technology and consists of two parts: initially, a predictive model is designed to determine the energy consumption associated with the construction of metal components, produced with AlSi10Mg aluminum alloy on an SLM280 machine. In the second part of the study, an environmental impact evaluation is performed on a topologically optimized component for automotive applications. Through a Life Cycle Assessment (LCA) analysis, the energy consumption and the material flow are estimated for the component in its original form and later in its optimized shape, using lattice structures. The results show that the advantages associated with lattice structures in terms of weight reduction, thus using less material, are not matched by the same advantages in terms of environmental impact: these structures resulted having a higher energy consumption compared to a bulk structure: moreover, it appears that this energy disadvantage is not compensated by an adequate material reduction, related to the design choice of a three-dimensional open-celled structure.
|
