Ottimizzazione dei parametri di contour per componente prodotto con tecnologia Electron Beam Melting = Optimization of contour parameters for a component produced using Electron Beam Melting process

L’Additive Manufacturing (AM) è una tecnologia impiegata per la fabbricazione di semilavorati o prodotti finiti, partendo da modelli tridimensionali computerizzati, attraverso il deposito progressivo di strati di materiale. Tra i più noti vantaggi dell’AM, quelli che hanno permesso l’accesso di tale tecnologia nel settore aerospaziale sono sicuramente quelli relativi alla complessità dei prodotti che si possono ottenere, la quale a livello geometrico non risulta raggiungibile con altre tecniche, alla possibilità di personalizzare al meglio i componenti, di ridurne il peso e di accelerare il processo di innovazione. Particolare attenzione va alla tecnologia Electron Beam Melting (EBM), la quale fa parte della famiglia delle tecnologie Power Bed Fusion (PBF) e utilizza un fascio di elettroni per portare a fusione la polvere di metallo. Per sfruttare il potenziale di tale tecnologia, bisogna prestare particolare attenzione all'ottimizzazione dei parametri di processo, la quale consente di ottenere componenti caratterizzati da specifiche proprietà adatte all’applicazione. Tra i parametri di processo che influenzano maggiormente le caratteristiche meccaniche e di qualità superficiale del prodotto vi è il contour. Con il termine contour si indica la scansione di contorno esterna rispetto alla scansione lineare che caratterizza il cuore del componente e, quindi, la zona d'interfaccia tra il generico componente prodotto e l’ambiente esterno, dove la polvere non è fusa. Sebbene nelle applicazioni con processo di produzione additiva sia di interesse la riduzione della rugosità superficiale è indispensabile notare che l'impiego del contour implica altresì un'alterazione delle proprietà di microstruttura e porosità del materiale. Tale progetto di tesi ha, infatti, come obiettivo quello di ottimizzare i parametri di processo del/dei contour/s dei componenti prodotti in lega di TiAl al fine di ottenere valori di rugosità e porosità ridotti, mantenendo al contempo una microstruttura idonea all’applicazione e un discostamento dimensionale del prodotto finito dal progetto il più esiguo possibile. Al fine di determinare la combinazione di parametri di processo che migliori le citate caratteristiche rispetto al componente non caratterizzato dalla presenza di contour (provino di riferimento) diverse combinazioni sono state indagate e testate su provini di tipo airfoil, geometria di interesse per le applicazioni di palette di turbina aeronautica che ben si adatta alla definizione di specifici Design of Experiment (DoE), permettendo al contempo di contenere i tempi di stampa. L'indagine è iniziata dall'analisi dello stato dell'arte comprensiva di studi di tesi pregressi proseguendo dunque all'individuazione di una nuova finestra di parametri di contour per la stampa di airfoil, con annessa analisi dei risultati di post processo, e infine testing nella stampa di un build di palette di turbina e sua successiva analisi. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con GE Avio Aero presso il TAL (Turin Additive Laboratory).