Additive manufacturing di componenti metallici: ripensare la progettazione in funzione della tecnologia produttiva. Prof. Ing.

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1 Additive manufacturing di componenti metallici: ripensare la progettazione in funzione della tecnologia produttiva Prof. Ing. Elena Bassoli 1

2 La costruzione di un solido tridimensionale complesso può essere ricondotta alla costruzione delle singole sezioni, una sull altra Le tecniche conosciute con il nome divulgativo di «stampa 3D» sono tutte accomunate dal principio della costruzione additiva, come alternativa ai processi sottrattivi tradizionali quali la lavorazione alle MU ADDITIVE MANUFACTURING è la denominazione stabilita dalla normativa

3 Conseguenze di questa concezione innovativa: Posso costruire oggetti di grande complessità geometrica, anche preassemblati Tempi e costi crescono man mano che aggiungo materiale, quindi un componente con molti vuoti o cavi costa meno di uno pieno L oggetto deve essere completamente ripensato e i progettisti necessitano di una formazione specifica

4 Complessità geometrica

5 Complessità geometrica

6 Oggetti pre-assemblati

7 Meglio vuoti che pieni COSTO volume, altezza

8 Meglio vuoti che pieni OTTIMIZZAZIONE TOPOLOGICA

9 AM: potenziali vantaggi Time-to-market ridotti Costi ridotti (funzionalità integrata, no assemblaggio) Libertà progettuale (componenti complessi e leggeri) Personalizzazione

10 Esempi: automotive

11 Esempi: automotive

12 Esempi: automotive

13 Esempi: automotive

14 Esempi: stampi

15 Esempi: stampi

16 AM: rischi Approccio progettazione nuovo Costo materie prime Know-how su processi e materiali Affidabilità

17 AM: sviluppo

18 AM: sviluppo

19 AM: sviluppo alta produttività (10x) mass customization (100 stazioni) piattaforma flessibile di produzione

20 Esempi: iniettore GE Aviation

21 Esempi: GE Aviation ipotizzati 100,000 pezzi da AM entro 2020 potenziale riduzione del peso di un motore 454kg più di 300 macchine AM in uso in GE, annunciati investimenti per 50MUSD

22 Esempi: Boeing Riduzione tempi Azzeramento magazzino Richiesta di brevettare metodo e attrezzature per ordinare e produrre pezzi di ricambio aeronautici tramite AM 300 codici su 10 velivoli prodotti da AM in polimero 20,000 parti tot.

23 meccanica della frattura Prof. Gatto Ing. Bassoli Ing. Denti Persone micro foratura EDM Attrezzature tecnologiche statiche fatiche impatto PROVE SEM AFM profilometro ottico tecnologie di lavorazione avanzate costruzione additiva Expertise microscopio di misura, interferometro (λ visibile)

24 PRESTAZIONI PROTOTIPI PEZZI FINALI ADDITIVE MANUFACTURING RAPID TOOLING STUDI FATTIBILITA

25 Caratterizzazione di componenti metallici da AM Componenti in Inconel progetto EU DAMASCUS Cortesia di AIRBUS Componenti in acciaio maraging: fatica assiale/flessionale EFFETTO DELLA CONTAMINAZIONE DELLA POLVERE

26 AM di scaffold organomorfi per ricostruzione di organi ALGORITMI FRATTALI DETERMINISTICI Analisi frattale FD=1,8 Modello della struttura stromale-vascolare della tiroide umana Prototipo semplificato 5 mm in collaborazione con Prof.Toni (Anatomia- UniPR) e Prof. Spaletta (Matematica UniBO) nel PRIN 2008 EX- SITU REGENERATIVE BIOLOGY OF GLANDULAR PARENCHYMAL ORGANS: THE MODEL OF THE ORGANOMORPHIC SKELETON 26

27 tecnologia scienza dei materiali fisica della materia

28 Polvere di Ti6Al4V Qualificazione delle polveri: Analisi granulometrica

29 Qualificazione delle polveri: Analisi morfologica Polvere di Ti6Al4V morfologia

30 Qualificazione delle polveri: Scorrevolezza ASTM B e ASTM B Hall flowmeter funnel and the Carney funnel 50 g di polvere

31 Qualificazione delle polveri: Scorrevolezza Polvere di Ti6Al4V ASTM B e ASTM B scorrevolezza

32 Caratterizzazione meccanica statica trazione/flessione Ti6Al4V AS CHT Ref Resistenza a trazione (MPa) effetto del trattamento b (%) termico sulle proprietà HRC 45 meccaniche Resistenza a flessione (MPa)

33 Caratterizzazione meccanica dinamica tensione max (MPa) Ti6Al4V PROVE DI FATICA ASSIALI ampiezza costante, R=0 Z grezzo effetto della finitura superficiale sulla vita a fatica Z burattato Z burattato pallinato vita infinita vita infinita 100 1,E+03 2,E+04 4,E+04 6,E+04 8,E+04 1,E+05 1,E+05 cicli a rottura

34 Analisi microstrutturale XRD XRD XRD Powder: (hcp) martensite AS: (hcp) martensite CHT: (hcp) + surface oxides (unlabelled peaks)

35 Analisi microstrutturale SEM dopo sinterizzazione e trattamento termico standard dopo trattamento di ceramizzazione microstruttura La struttura aciculare diventa meno fine con il trattamento termico

36 Analisi microstrutturale STEM dopo sinterizzazione e trattamento termico standard dopo trattamento di ceramizzazione microstruttura 1 µm 2 µm a bordo grano si forma la fase (bcc)

37 Analisi microstrutturale TEM/HRTEM microstruttura

38 Grazie per l attenzione 38