Ottimizzazione della finestra di processo dell’acciaio AISI H13 prodotto via electron beam melting (EBM) = Process window optimization of AISI H13 produced via electron beam melting (EBM)

Nella società odierna, l’ottimizzazione è uno tra i principi cardine alla base di ogni azione. L’ambiente industriale sposa necessariamente questa visione per lo sviluppo costante di soluzioni innovative. L’impiego di nuove tecnologie produttive soddisfa perfettamente queste richieste, ne sono un esempio emblematico le tecniche di fabbricazione additiva che, se ottimizzate, permettono di costruire prodotti finiti in un solo step di lavorazione. La produzione del componente direttamente dal modello 3D, concede la libertà nella progettazione e la possibilità di realizzare geometrie complesse, altrimenti non ottenibili con i metodi tradizionali. Grazie a queste caratteristiche, la fabbricazione additiva è ampiamente utilizzabile nella produzione di stampi per pressocolata di leghe leggere e per forgiatura a caldo dove sono necessariamente richieste personalizzazione e complessità. La libertà di design concede la costruzione di canali di raffreddamento conformali che, ottimizzando la distribuzione della temperatura, massimizzano la produttività e le proprietà meccaniche finali del componente colato. Presa coscienza delle innumerevoli possibilità offerte da questa categoria di tecnologie, l’attenzione si è concentrata sull’adattabilità dell’acciaio da utensile per lavorazioni a caldo a queste tecniche con particolare interesse verso l’electron beam melting (EBM) anche chiamato genericamente electron powder bed fusion (E-PBF); tecnologia a letto di polvere che sfrutta un fascio elettronico per la fusione localizzata del materiale. L’attività sperimentale condotta in questo lavoro di tesi ha l’obiettivo di studiare questi aspetti. Il materiale caratterizzato è l’acciaio da utensile per lavorazioni a caldo AISI H13, impiegato in modo massiccio nella produzione di stampi per pressocolata di leghe leggere e per forgiatura a caldo. Si sono caratterizzate tre serie di nove provini ciascuna, costruiti con parametri differenti. L’obiettivo prefissato in questo lavoro di tesi è la ricerca della finestra di processo che ottimizza densità e microstruttura dell’AISI H13. Particolare attenzione è stata riservata alle analisi di porosità e zone infuse, direttamente correlabili con i parametri di processo strategici per la massimizzazione della velocità di produzione. I difetti interni sono stati relazionati con lo spessore dello strato di polvere, la potenza, la velocità di scansione del fascio e il “Line offset” da considerarsi pari alla distanza tra due segmenti di scansione contigui. Le indagini successive sono state condotte sulla microstruttura dei campioni; la loro evoluzione è stata valutata a bassi ed alti ingrandimenti rispettivamente con il microscopio ottico e quello elettronico a scansione. Per un’iniziale caratterizzazione meccanica, i campioni sono stati sottoposti a prova di durezza Vickers. La finestra ottimale di parametri di processo è stata scelta tenendo in considerazione qualità metallurgica e velocità di produzione, per essere più coerenti possibile con le richieste dell’ambito industriale. Attualmente gli studi sull’argomento sono fermi a livello di ricerca, il passaggio ad una produzione industriale è auspicabile per poter usufruire a pieno dei vantaggi dati dalla produzione additiva a letto di polvere per questa tipologia di materiali.