Riassunto analitico
Con il termine Additive Manufacturing si fa rifermento ad un’ampia gamma di tecnologie produttive attraverso le quali partendo da un modello digitale è possibile creare oggetti aggiungendo strati di materiale uno ad uno. Nei trent’anni di sviluppo della tecnologia, si è passati dalla semplice creazione di modelli concettuali e prototipi funzionali, alla possibilità di costruire prodotti che necessitano solo di qualche operazione di post processing prima dell’utilizzo. Le tecnologie Powder Bed Fusion consentono oggi di realizzare anche componenti metallici aventi densità prossime al cento percento. Settori industriali quali motorsport, biomedicale e aeronautica rappresentano l’avanguardia di questa rivoluzione dei processi produttivi, riuscendo a sfruttare le peculiari opportunità offerte dalla tecnologia per produzioni in piccola serie. La tecnologia Laser Powder Bed Fusion, chiamata anche Selective Laser Melting, sta emergendo come la principale soluzione per la produzione di parti metalliche tramite AM, in quanto consente la massima libertà progettuale e flessibilità di produzione. Nonostante il grande potenziale innovativo, ad oggi le tecnologie di produttive tradizionali basate sulla sottrazione di materiale garantiscono una accuratezza dimensionale e ripetibilità dei risultati migliore, perciò spesso i componenti prodotti tramite AM necessitano di essere rilavorati riducendo i vantaggi in termini di tempi e costi di consegna. Per mitigare il problema diverse combinazioni di orientamento della parte nel volume di lavoro e strutture di supporto possono essere sviluppate, tuttavia ad oggi questo delicato lavoro è affidato alla sola esperienza degli ingegneri di produzione. Con l’ausilio di nuove tecnologie quali la simulazione di processo AM e la digitalizzazione attraverso scanner 3D delle parti costruite, è possibile migliorare l’industrializzazione dei componenti, accrescendo la conoscenza del processo e la conformità alle tolleranze imposte sulle superfici dei pezzi.
Il presente elaborato di tesi si pone quindi come obiettivo lo sviluppo di una procedura di ottimizzazione della industrializzazione dei componenti prodotti tramite L-PBF, sfruttando i feedback ottenuti dalla simulazione di processo e dalla analisi ottica delle parti già prodotte. Dopo una introduzione delle diverse tecnologie di produzione additiva, i capitoli dal due al cinque si concentreranno nella descrizione di tutti gli strumenti software e hardware utilizzati. Il capitolo sei introdurrà un modello per meglio inquadrare il problema della successiva re-industrializzazione dei componenti ed una procedura in cinque passi per ottimizzarla. Infine tale procedura sarà applicata ad un caso studio nel quale un collettore di scarico automobilistico da realizzare in Inconel 625 sarà analizzato. L’ elaborato è il risultato di sei mesi di tirocinio formativo presso HPE-COXA, da Settembre 2018 a Marzo 2019.
|
Abstract
The term Additive Manufacturing refers to a wide array of manufacturing technologies in which objects are build adding layer upon layer of material, starting from a digital model of the final geometry. In more than thirty years of development, these technologies evolved from the production of conceptual models and functional prototypes, to being able to create final products that only need some post-processing before usage. Powder Bed Fusion processes nowadays even enable the creation of full density metal components. Industries such as motorsport, bio-medical and aerospace are at the forefront of the AM revolution, as they are able to exploit the peculiar capabilities of the technology for small production runs. Laser Powder Bed Fusion, also called Selective Laser Melting, is quickly emerging as the major metal AM technology as it enables great design freedom and product flexibility. Albeit innovative, this process falls short in reliably delivering a geometrical accuracy comparable to subtractive manufacturing processes: often parts produced by AM need to be machined, reducing the advantage of the technology in terms of both lead-time and costs. This problem can be mitigated by choosing different combinations of part orientation inside the build volume and support structures, but to this day, this has always been a matter of expertise of the manufacturing engineer. Novel technologies such as AM process simulation and 3D scanning are proving to be useful in improving product industrialization and process knowledge, enabling for a better compliance to superficial tolerances.
The purpose of the present thesis will be the development of an optimization procedure for the industrialization of components produced by L-PBF, exploiting feedback obtained from both process simulation and optical analysis of already produced parts. After an introduction of AM technologies, chapters two through five will focus on all software and hardware tools used. Chapter six will present a model to frame the re-industrialization of components and a five-step procedure to optimize it. Uncertainty will be identified in its sources and combined together to estimate a level of confidence over the results of the optimization. Lastly, the proposed procedure will be applied in a case study involving the re-industrialization of an automotive exhaust manifold to be built in Inconel 625. This work is the result of a six months internship at HPE-COXA, from September 2018 to March 2019.
|
