Proprietà meccaniche di parti in acciaio 17-4 PH da fusione di filamento e relativo post-processo = Mechanical properties of 17-4 PH steel parts from fused filament fabrication and relative post-processing

L’Additive Manufacturing nell’ultimo decennio si è sempre più diffuso ed evoluto in ambito industriale, al punto che non è più considerabile solo un processo di prototipazione rapida, ma è diventato un vero e proprio processo produttivo. Nei settori automotive ed aerospace le parti metalliche prodotte in additive sono già realtà, ma i macchinari a letto di polveri, ad oggi i più diffusi ed affidabili, sono complessi, ingombranti, costosi ed inoltre richiedono grandi quantità di energia per poter produrre piccole parti. Recentemente ha fatto il suo ingresso nel mondo del Metal Additive Manufacturing la tecnologia FDMS, che si basa sulle macchine a deposizione di filamento (FDM), ad oggi molto diffuse nel settore hobbistico, molto semplici ed economiche. Sfruttando questa tecnologia già consolidata con i materiali polimerici si possono realizzare parti in materiale composito polimerico, al cui interno è dispersa un’alta percentuale di polvere metallica, che a seguito di un trattamento chimico-termico detto di Debinding & Sintering (D&S) diventano parti metalliche. Lo scopo di questo studio è comprendere come i parametri di stampa della macchina FDM influenzino le proprietà meccaniche del prodotto, al fine di ottimizzare il processo nell’ambito di un progetto più ampio che si pone come obiettivo la realizzazione di giunzioni tra materiali compositi e parti metalliche realizzate in Additive Manufacturing. Le analisi sono state svolte all’interno del Politecnico di Torino e sono stati utilizzati solo macchinari e materiali commercialmente disponibili, in particolare il materiale utilizzato è l’acciaio 17-4 PH. Sono stati realizzati dei provini a parallelepipedo per testare l’influenza di alcuni gruppi di parametri di stampa su densità e modulo elastico prima e dopo il trattamento di D&S. Questi provini sono stati testati con metodi non distruttivi quali la loro risposta in frequenza, ma sono anche state fatte delle prove di trazione su provini ad osso di cane sinterizzati. I dati ricavati dalle analisi nell’ambito di un Design of Experiment (DOE) sono stati successivamente elaborati tramite un’Analisi di Varianza (ANOVA), che ha indicato quali parametri siano più o meno influenti sulle proprietà finali delle parti. Per concludere e rendere applicabili i risultati di questo studio anche a componenti realizzati con tecnologia FDMS in materiali diversi dal 17-4 PH, è stata ricavata una legge empirica che descrive come le proprietà meccaniche e la porosità residua del prodotto finito varino in base ai parametri di stampa, impostati tramite dei coefficienti che descrivono dal punto di vista fisico la deposizione del materiale durante il processo di stampa. Ne è risultato che tali parametri hanno molta influenza sia sulla green part prima del trattamento di D&S, sia sulla parte finita. In particolare la quantità di materiale depositata per unità di superficie su ogni singolo layer e la quantità di calore che la macchina trasmette al materiale depositato, influenzano entrambi la porosità residua e quindi le proprietà meccaniche del componente finale. Inoltre non essendo possibile eliminare completamente le porosità residue, anche la direzione e la lunghezza delle linee di scansione che l’ugello della macchina percorre mentre deposita il materiale, hanno un effetto non trascurabile sulle proprietà del prodotto finito.