Caratterizzazione e ottimizzazione di un sistema Electron Beam Melting Arcam Q10 plus = Characterization and optimization of an Electron Beam Melting Arcam Q10 plus system

Il processo di Electron Beam Melting (EBM) è una tecnologia di additive manufacturing a letto di polvere che consiste nella fusione, mediante un fascio elettronico, di polvere metallica strato dopo strato per formare un componente di geometria specifica. Questa tecnica trova applicazioni in diversi campi, ma quelli in cui si è sviluppata maggiormente sono il medicale e l’aerospaziale, in cui vengono prodotti componenti di complessità elevata riducendo al minimo la massa e utilizzando materiali che risultano difficilmente processabili, o molto costosi, con tecniche tradizionali. Data la crescente diffusione dell’EBM in ambito produttivo e la sua tuttora elevata variabilità per quanto riguarda le caratteristiche dei manufatti prodotti, in base anche al modello di macchina utilizzata, la ricerca si è dedicata alla sua caratterizzazione, concentrandosi su due aspetti fondamentali: la rugosità superficiale e l’accuratezza dimensionale e geometrica. Negli anni sono stati proposti diversi benchmark per la valutazione di queste caratteristiche. Tuttavia, tali benchmark presentano numerose limitazioni e spesso non sono adattabili al processo di EBM. Questo lavoro mira a presentare una caratterizzazione in termini di rugosità e accuratezza dimensionale di parti prodotte mediante un sistema EBM Arcam Q10 Plus in Ti6Al4V ELI Arcam standard. Nel caso della rugosità, la valutazione è condotta mediante l’utilizzo di una replica del benchmark proposto da Galati et al. in cui sono state effettuate delle modifiche per evitare l’accumulo termico. Il benchmark include superfici che consentono l’analisi della rugosità in funzione dell’inclinazione e dell’orientamento delle superfici. Inoltre, sono state analizzate anche le superfici interne di canali e l’effetto della posizione del componente rispetto alla racla di distribuzione della polvere. Per la valutazione dell’accuratezza dimensionale è stato utilizzato il benchmark progettato da Minetola et al. La valutazione dell’accuratezza dimensionale è fatta in termini di grado IT ottenibile mentre quella geometrica di forma in base ai valori GD&T. I risultati di entrambe le analisi sono stati elaborati grazie all’utilizzo di strumenti statistici. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con l’azienda Meccanica Grasso S.R.L., che ha permesso la stampa dei benchmark. Inoltre, viene condotto uno studio volto al miglioramento della qualità dei manufatti, dal punto di vista delle distorsioni dovute alla variazione della distribuzione del calore strato per strato, e del processo, per quanto riguarda i tempi morti dovuti al post-riscaldamento o post-raffreddamento degli strati. A questo scopo viene proposto un modello Matlab per la creazione automatica, dalla lettura dei dati di distribuzione delle slice forniti dal software Materialise Magics, di geometrie 3D di bilanciamento del calore fornito ad ogni strato. I risultati ottenuti dallo studio sono stati simulati grazie al software Arcam EBMControl 5.2, il quale emula il processo EBM che avviene in macchina.