Riassunto analitico
Al giorno d’oggi la tecnologia additiva a letto di polvere L-PBF permette di ottenere in tempi notevolmente ridotti rispetto alle tecniche convenzionali componenti metallici funzionali. Sono presenti tuttavia numerose sfide da affrontare, che limitano la diffusione di questa tecnologia su vasta scala a livello industriale: tra queste due delle più importanti sono la ripetibilità del processo e la certificazione delle proprietà meccaniche di componenti realizzati con L-PBF. Attualmente la tecnologia è ancora caratterizzata da una ripetibilità di processo insufficiente: non solo i risultati in termini di finitura superficiale, tolleranze dimensionali e proprietà meccaniche variano tra macchine di stampa di differente tipo, ma anche tra macchine dello stesso modello operanti con gli stessi parametri di processo imposti. A tal proposito, nella prima parte del lavoro di tesi viene trattato l’intero ciclo di produzione per la tecnologia additiva a letto di polvere L-PBF, dalla preparazione dei file STL fino all’effettivo lancio della produzione in macchina. In particolare il focus è incentrato sui principali parametri di stampa critici, che vanno ad influenzare il risultato finale, e sulle fasi di caricamento e scarico di una macchina da costruzione additiva per componenti metallici. Altra tematica estremamente importante è quella inerente la certificazione delle proprietà meccaniche delle leghe lavorate in additive: in particolar modo, mentre numerosi studi sono stati effettuati per verificare l’equivalenza delle caratteristiche meccaniche statiche tra componenti realizzati in additive e parti prodotte convenzionalmente, il comportamento dinamico è ancora in larga parte da esplorare. Occorre tener conto che la resistenza a fatica di un materiale dipende fortemente dalle condizioni di finitura superficiale del pezzo, e quindi implicitamente dal fatto che esso si trovi a lavorare nelle condizioni as-built oppure sia stato oggetto di trattamenti per migliorarne la rugosità. Di conseguenza è chiaro come siano possibili numerosi e differenti comportamenti a fatica in base al trattamento eseguito. Nella seconda parte di questo studio la trattazione è quindi incentrata sulla caratterizzazione meccanica di provini in lega di titanio Ti6Al4V realizzati secondo L-PBF. La caratterizzazione comprende prove di durezza, prove di densità, prove di trazione ed infine prove di fatica. Questi sono tutti test tipicamente svolti ogni volta che si vogliano certificare le proprietà meccaniche di una data lega metallica realizzata con una certa macchina da costruzione additiva, siccome numerosi parametri possono andare ad influenzare il risultato finale. Le caratteristiche meccaniche statiche riscontrate sono state poi confrontate con i valori del titanio Ti6Al4V lavorato tradizionalmente, verificando che le proprietà statiche del titanio lavorato per L-PBF sono almeno pari ai valori convenzionali. Le prove di fatica costituiscono il cuore di questo lavoro, dal momento che in letteratura non sono presenti dati esaustivi sul comportamento a fatica del titanio Ti6Al4V prodotto in L-PBF. I provini testati sono stati precedentemente oggetto di un doppio trattamento di sabbiatura. I test sono stati eseguiti secondo due differenti modalità, HCF (high cycle fatigue) e LCF (low cycle fatigue), al fine di ottenere un diagramma di Wöhler e valutare la resistenza a fatica del materiale.
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