Sviluppo di una metodologia di slicing adattivo basata sul Bead Overlapping Model (BOM) per componenti aeronautici assialsimmetrici realizzati mediante processi DED = Development of an Adaptive Slicing Methodology Based on the Bead Overlapping Model (BOM) for Aeronautical Axisymmetric Components Manufactured Using DED Processes

Il presente lavoro di tesi si colloca nell’ambito del processo emergente Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), appartenente alla famiglia dei processi Directed Energy Deposition (DED), oggi considerato tra le soluzioni più promettenti per la realizzazione di componenti metallici di grandi dimensioni. L’attività è stata condotta in collaborazione con Avio Aero GE, presso il sito di Rivalta di Torino, all’interno di un programma di ricerca finalizzato alla valutazione e all’integrazione di ambienti CAD/CAM avanzati per l’ottimizzazione dei processi di produzione additiva applicati a componenti aeronautici. Nella fase preliminare del lavoro è stata condotta un’analisi dei moderni software CAD/CAM per applicazioni WAAM, con particolare attenzione al modulo AM Multi-Axis del software Siemens NX e alla piattaforma Aibuild, con l’obiettivo di valutarne il livello di prontezza tecnologica (readiness) e le capacità operative (capabilities) in relazione a due fasi fondamentali della process chain, ovvero la generazione dello slicing e del toolpath. Dallo studio è emersa una lacuna nelle strategie di generazione dello slicing, riconducibile alla mancata considerazione del fenomeno di overlapping nella definizione dell’altezza effettiva del layer. Per colmare tale limitazione è stato sviluppato un modello analitico dedicato, concepito per rappresentare con maggiore fedeltà le condizioni geometriche e fisiche che si instaurano durante il processo di deposizione, consentendo di stimare con accuratezza l’altezza effettiva del layer attraverso la considerazione dell’effetto di sovrapposizione tra bead adiacenti. Il modello sviluppato è stato successivamente esteso e riformulato in una configurazione inversa, concepita per individuare, attraverso la risoluzione numerica di un problema non lineare di soddisfacimento dei vincoli, i parametri di deposizione ottimali che assicurano il raggiungimento dell’altezza target nel rispetto delle condizioni geometriche e fisiche del processo. Questa evoluzione ha trasformato l’approccio iniziale in uno strumento predittivo e adattivo, capace di definire in modo automatico strategie di deposizione coerenti con le effettive condizioni operative del processo. Sviluppato originariamente in ambiente MATLAB, il modello è stato in seguito integrato nel software Siemens NX tramite l’interfaccia di programmazione NX Open, rendendone possibile l’impiego diretto all’interno del flusso CAD-to-CAM del modulo Multi-Axis. Tale integrazione ha consentito di automatizzare la definizione delle strategie di slicing e di generare operazioni multilayer adattive, riducendo l’intervento manuale dell’utente e migliorando la coerenza fisica tra i parametri di processo e la geometria del componente. La validazione è stata condotta attraverso una serie di benchmark rappresentativi, ispirati a configurazioni reali di componenti di propulsori aeronautici moderni prodotti dal gruppo GE, con l’obiettivo di verificarne la correttezza numerica, la robustezza operativa e la coerenza geometrica all’interno di un contesto industriale reale. I risultati ottenuti delineano una prospettiva di sviluppo verso l’impiego di tecniche di apprendimento automatico e di ottimizzazione multi-obiettivo per la generazione intelligente e adattiva del toolpath in applicazioni aeronautiche avanzate.