Additive MAnufacturing process simulation and qualification for application of Lattice concepts to structural components Optimization

Abstract

Il progetto di ricerca mira allo sviluppo di nuove metodologie di progettazione di componenti strutturali realizzati mediante il ricorso a strutture lattice prodotte attraverso la tecnologia Additive Manufacturing (AM) di materiali metallici denominata Selective Laser Melting (SLM).
Partendo dalla specifica tecnica di un componente individuato dal partner industriale e sulla scorta della scelta preliminare della tipologia di struttura lattice adatta a soddisfarne le esigenze funzionali, la ricerca si articolerà in attività progettuali, tecnologiche e di verifica sperimentale.
Le prime saranno volte a definire parametri per il dimensionamento ottimale della struttura lattice, quali dimensioni e orientazione della cella, dimensioni dei particolari costitutivi e modalità di popolamento del componente. A tal fine verranno sviluppati modelli analitici e numerici volti a predirne le proprietà meccaniche.
Le attività di natura tecnologica saranno volte allo sviluppo del processo di produzione di strutture lattice mediante SLM. Verranno, quindi, determinati i parametri di processo ottimali e le migliori strategie di costruzione della parte, indagando gli effetti che essi hanno sulle proprietà metallurgiche e sulle caratteristiche geometriche della singola cella e del componente. Si giungerà, infine, all’identificazione delle correlazioni esistenti tra parametri funzionali della struttura lattice e parametri di processo, in modo da non dover ricorrere a costose procedure tipo trial-and-error qualora si dovranno produrre componenti diversi da quello in oggetto.
Parallelamente a tali attività, verranno progettate ed eseguite specifiche prove volte a indagare le proprietà meccaniche, sia statiche che cicliche, delle strutture lattice prodotte impiegando le geometrie e i parametri di processo sviluppati. I risultati delle prove, interpretati mediante modelli appositamente sviluppati, verranno utilizzati per definire il successivo lotto di stampa.
Questa articolazione, sfruttando la libertà di progettazione e la rapidità di produzione proprie dell’AM, innescherà un ciclo iterativo che porterà ad una progressiva determinazione delle geometrie e dei parametri tecnologici ottimali per soddisfare le necessità funzionali del componente.
Le soluzioni adottate verranno infine validate attraverso la produzione del componente, individuato inizialmente dal partner industriale, e l’esecuzione di test meccanici volti a valutarne l’affidabilità nelle condizioni operative.