Progettazione per la produzione mediante processo di Electron Beam Melting di una guida per macchine utensili = Design for the production of a guide for machine tools using the Electron Beam Melting process

Il lavoro di tesi ha avuto come obiettivo la riprogettazione di una guida per macchine utensili per la realizzazione attraverso il processo di fabbricazione additiva Electron Beam Melting, che consiste nella fusione selettiva di layer di polvere metallica attraverso un fascio di elettroni. Il fine ultimo è stato cercare di ottenere una riduzione di peso mantenendo inalterata la rigidezza. Inizialmente è stata presentata una panoramica delle tecnologie additive che utilizzano la polvere metallica e delle regole di design per EBM. Successivamente si è effettuata un’analisi del componente originale da riprogettare analizzandone il campo di applicazione ed i principi di funzionamento. Basandosi su queste informazioni sono state effettuate delle simulazioni FEM del componente originale in tutte le condizioni di carico. I valori di spostamento massimo e tensione ottenuti sono stati utilizzati come parametri di riferimento da non superare nel componente riprogettato. Successivamente si è proceduto alla riprogettazione del componente tenendo presenti le regole di design per evitare il fallimento del processo. Considerate le dimensioni della macchina Arcam Q20 a disposizione per produrre il componente è stato necessario suddividerlo in più parti, prevedendo degli elementi di accoppiamento per interferenza. Al fine di ridurre il numero di componenti necessari all’assemblaggio della macchina, alcuni di questi sono stati integrati. Al termine della fase di riprogettazione sono state effettuate delle simulazioni FEM in tutte le condizioni di carico e sono stati confrontati i valori ottenuti con quelli di riferimento per accertarsi che il componente non si deformasse eccessivamente. L’ultimo step è stato utilizzare lo slicer “Materialize Magics” con cui sono stati inseriti i componenti nel volume di stampa e sono stati creati i supporti necessari alla realizzazione del componente. Complessivamente, la riprogettazione e l’integrazione di alcuni componenti hanno consentito di ridurre la quantità di materiale utilizzato per la produzione dei carri del 21%. Ma, essendo la densità della lega Ti6Al4V pari a 4.42 g/cm3 contro i 2.81 g/cm3 della lega di alluminio 7075 di cui è originariamente costituito il componente, al fine di mantenere la rigidezza costante, non è stato possibile rimuovere abbastanza materiale da consentire una riduzione del peso totale. Infatti il peso complessivo del componente riprogettato è 5.417 kg, ovvero il 25% in più dei 4.318 kg originari.