Riassunto analitico
Lo scopo di questo lavoro di Tesi è arricchire le conoscenze nell’ambito della progettazione integrata di prodotto e processo, relativamente a tecnologie di Additive Manufacturing (AM), focalizzandosi sul processo Direct Energy Deposition (DED). Questo processo consente di ripristinare e ridefinire le caratteristiche di pezzi esistenti depositando materiale metallico nelle zone di interesse. Oltre ad attività di riparazione, risulta inoltre di notevole interesse anche per il miglioramento delle prestazioni dei componenti stessi, aprendo a una specifica tipologia di processo di sviluppo prodotto e processo che allo stato dell’arte viene identificato come Design for Additive Remanufacturing (DfARem).
Le ricerche allo stato dell’arte si concentrano sullo studio di processi DfARem analizzando specifiche operazioni del processo di sviluppo, come l’ottimizzazione topologica di semplici strutture, senza analizzare l’intero approccio, integrando tutti i passi da svolgere nel corso della progettazione.
Per superare questi limiti questo lavoro propone una metodologia integrata per il DfARem dedicata alla rifabbricazione di prodotti mediante tecnologia DED. Si prevedono due macrofasi denominate Progettazione Prodotto e Simulazione di Processo. Per quanto riguarda la Progettazione Prodotto, si articola lungo le fasi di: Analisi del Prodotto Esistente, Ottimizzazione Topologica & Re-Design, Prima Verifica Meccanica. Relativamente alla Simulazione di Processo troviamo le fasi: Configurazione del sistema DED, Definizione Strategia di Stampa, Verifica Termo-Meccanica. Le due macrofasi precedenti sono interconnesse al fine di creare dei cicli di ottimizzazione volti a validare il prodotto rispetto ai requisiti e alle specifiche progettuali. Il metodo è implementato attraverso la piattaforma integrata 3DExperience, che consente di collegare le fasi indicate garantendo l’integrità e l’interoperabilità dei dati migliorando l’efficienza del processo di ottimizzazione.
La metodologia è stata validata su un braccio inferiore di un sistema sospensivo di tipo MacPherson, con l’obiettivo di aumentarne le prestazioni in termini di Resistenza minimizzando il materiale apportato. I risultati hanno dimostrato la fattibilità della metodologia e la possibilità di ottenere un incremento delle prestazioni del prodotto depositando materiale nelle zone più sollecitate.
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Abstract
The purpose of this thesis is to enrich knowledge in the field of integrated product and process design, relating to Additive Manufacturing (AM) technologies, focusing on the process Direct Energy Deposition (DED). This process allows to restore and redefine the characteristics of existing pieces by depositing metallic material in the areas of interest. In addition to repair activities, it is also of considerable interest for the improvement of the performance of the components themselves, opening up to a specific type of product and process development process that in the state of the art is identified as Design for Additive Remanufacturing (DfARem).
State of art research focuses on the study of DfARem processes by analyzing specific operations of the development process, such as the topological optimization of simple structures, without analyzing the entire approach, integrating all the steps to be carried out during the design process.
To overcome these limits, this work proposes an integrated methodology for DfARem dedicated to the remanufacturing of products using DED technology. Two macro-phases called Product Design and Process Simulation are foreseen. As regards the Product Design, it is divided into the phases of: Analysis of the Existing Product, Topological Optimization & Re-Design, First Mechanical Verification. Regarding the Process Simulation, we find the phases: DED system Configuration, Printing Strategy Definition, Thermo-Mechanical Verification. The two previous macro-phases are interconnected in order to create optimization cycles aimed at validating the product with respect to the requirements and design specifications. The method is implemented through the integrated 3DExperience platform, which allows you to connect the indicated phases ensuring the integrity and interoperability of the data, improving the efficiency of the optimization process.
The methodology was validated on a lower arm of a MacPherson type suspension system, with the aim of increasing its performance in terms of resistance by minimizing the material added. The results demonstrated the feasibility of the methodology and the possibility of obtaining an increase in product performance by depositing material in the most stressed areas.
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