Riassunto analitico
La realizzazione di componenti in Additive Manufacturing sta riscontrando sempre maggiore interesse da parte delle industrie grazie alla possibilità di produrre pezzi personalizzabili e dalle complesse geometrie, cosa che comporterebbe almeno un aumento dei costi nel caso di possibile produzione tramite tecnologie tradizionali. Inoltre l’AM offre la possibilità di produrre parti non realizzabili con tecnologie tradizionali e permette di ottenere assemblati semplificando le fasi produttive. Nonostante i numerosi vantaggi, generalmente i componenti necessitano di lavorazioni successive di finitura, nelle interfacce meccaniche, con conseguente aumento dei costi di produzione finali.
La lavorazione elettrochimica permette di lavorare materiali, elettricamente conduttivi, indipendentemente dalle relative proprietà meccaniche, quali, ad esempio, la durezza. L’asportazione di materiale è dovuta all’instaurarsi di reazioni chimiche di ossido-riduzione all’interfaccia tra la superficie del componente considerato e l’elettrolita. Il processo avviene, quindi, a livello atomico, il che garantisce il raggiungimento di un'elevata qualità superficiale, senza danneggiamenti dell’utensile per usura, in quanto si ha assenza di contatto con il pezzo in lavorazione. In questo lavoro si valuta l’'Electrochemical Machining, per la finitura di pezzi prodotti tramite PBF in AlSi10Mg.
Si è proceduto, pertanto, alla parte sperimentale. Inizialmente sono stati ricercati i parametri ottimali da applicare successivamente sui provini realizzati tramite costruzione additiva. Sono stati svolti test su provini estrusi in Al6082, materiale scelto in quanto dalla composizione chimica più vicina a quella dell' AlSi10Mg. In dettaglio è stato effettuato un iniziale studio sul memory effect, fenomeno per il quale un difetto presente sulla superficie del pezzo presenta una velocità di asportazione confrontabile con quella delle superficie di livello, seppure minore. Pertanto la sua completa asportazione avviene per rimozione di uno spessore di materiale maggiore della profondità del difetto iniziale.
Successivamente ci si è concentrati sull’ottimizzazione dei parametri di lavorazione sia in regime continuo che in regime pulsato, andando ad analizzare l’effetto di variabili quali, ad esempio, il tempo di lavorazione, il feed rate o il duty cycle.
Le prove più significative sono state successivamente riprodotte sui provini in AlSi10Mg. I risultati di Sa minori si sono ottenuti in regime pulsato, probabilmente in quanto si garantisce un più corretto lavaggio del gap dai prodotti di lavorazione.
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Abstract
Additive manufacturing (AM) technologies are becoming more and more important for the implementation in industries thanks to the possibility of producing customizable components with complex shapes. This could lead, at least, to a rapid increase of the production costs if a conventional machining technology is chosen. The AM offers the possibility to produce pieces that are not otherwise feasible by using traditional technologies. Moreover, the AM permits to obtain assembled parts by simplifying the production stages.
Nevertheless, for most applications, a rework of these generative components is necessary, with a consequent rise of the final production costs.
Electrochemical Machining (ECM) enables to machine several conductive materials regardless their mechanical properties as, for example, the hardness without contact between the tool and the piece itself, avoiding, therefore, problems related to the tool wear. The process exploits the development of redox reactions at the interface between the surface of the considered component and the electrolyte. Hence, the material on the work piece surface is removed atom by atom. This is the main reason why it is possible to obtain a high surface quality.
This thesis deals with the application of the ECM process to finish work pieces produced by Powder Bed Fusion (PBF) in AlSi10Mg.
Therefore, a design of experiment was set up in order to find the optimal parameters to apply subsequently to the pieces produced by Additive Manufacturing.
Hence, tests on pieces in Al6082 were conducted. This material was chosen since it has the chemical composition closest to the one characterizing the AlSi10Mg material.
More in detail, at the beginning some experiments have been made to study the memory effect. It is a phenomenon for which a defect on the work piece surface has a material removal velocity comparable to the one of the level surface, although a little bit lower. Therefore, the defect is totally removed only after the machining of a material width greater than the initial depth of the defect itself.
Then, the tests focused on the optimization of the machining parameters by the application of both a DC current and a pulsed current, analysing the effects of some variables on the final results as, for example, the machining time, the feed rate or the duty cycle.
Afterwards, the most significant experiments were reproduced on the work pieces in AlSi10Mg. Regarding this, the best results obtained with the lowest Sa values referred to the application of a pulsed current. Probably this is because the correct refreshing of the electrolyte is guaranteed, flushing away the machining products previously formed.
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