Riassunto analitico
La stampa 3D basata sul processo Powder Bed Fusion con tecnologia Laser consente la produzione di componenti in metallo funzionali, di geometria semplice o complessa, destinati all’utilizzo finale in svariati ambiti applicativi .Il processo ,causa l’utilizzo di una sorgente di calore non uniforme ad elevata potenza come quella di un laser che fonde localmente strati di polvere di metallo, comporta elevati gradienti termici nel materiale che causano stress residui termicamente indotti e distorsioni che possono compromettere la qualità, le performance di un componente. Per prevenire tali problemi critici, fondamentale è sia lo studio e la caratterizzazione delle polveri metalliche che la scelta dei parametri di processo come quelli relativi al Laser, quelli relativi alla strategia di scansione, quelli relativi alle temperature macchina. Determinanti sono la geometria della parte, il relativo orientamento sulla piastra di costruzione, il tipo, il numero ed il posizionamento di strutture di supporto per features sporgenti e inclinate rispetto al piano di costruzione. In un'ottica di ottimizzazione del processo di stampa, un ulteriore aspetto da considerare riguarda l’approccio della simulazione Selective Laser Melting (SLM) che consenta di ottenere risultati predittivi accurati confrontabili con i dati sperimentali. Un metodo rivolto all’ottimizzazione del processo stesso e all’industrializzazione Additive Manufacturing non può prescindere dall’implementazione della simulazione SLM. La simulazione prevede l’utilizzo di software dedicati che normalmente sono utilizzati per eseguire le singole fasi del flusso di lavoro del DfAM ma portando a problemi relativi alla gestione e allo scambio di dati. La soluzione è data da tali software integrati all’interno di una piattaforma di progettazione integrata.Il vantaggio offerto è quello di collegare le varie fasi del flusso di lavoro e la condivisione dei modelli tra i diversi ambienti per l'interscambio di file e la manipolazione dei dati; si mantengono così le informazioni con associatività e parametricità. Ciò vale non solo per le fasi di design e re-design studiate, ma anche per le simulazioni. In questa tesi la simulazione è stata implementata nella piattaforma 3DExperience di Dassault Systèmes. Tale piattaforma integra l’ambiente di design di Catia Suite, con strumenti di ingegnerizzazione CAX quali Delmia per definire lo scenario del processo di stampa, ovvero il set up dell'ambiente virtuale della macchina in cui avviene il processo di stampa, con i diversi parametri di costruzione del processo e Simulia per impostare un modello simulativo di analisi termo-strutturale del componente dimensionato. Si è considerata la modellazione del processo Selective Laser Melting di provini di calibrazione di tipo cantilever realizzati in lega AlSi10Mg utilizzando strategie di scansione unidirezionali. L’obiettivo è prevedere gli stress residui e le distorsioni geometriche in tali provini sia alla fine del processo produttivo sia in seguito alla loro rimozione dalla piastra di fabbricazione o di supporto. Si è effettuata la modellazione, si è definito lo scenario di stampa con il posizionamento di 3 provini sulla piastra di costruzione e impostando i parametri di processo. Infine si è utilizzato un modello simulativo termo-strutturale accoppiato analizzandone i risultati finali come stress residui e deformazioni dei provini. Si è valutata quindi l’influenza dei vari parametri di processo e di simulazione scelti sui risultati finali al fine di migliorare successivamente l'accuratezza dei risultati predittivi e abbassare il costo computazionale.
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