Simulazione di processo LPBF e prove sperimentali applicate a casi studio aerospaziali = LPBF process simulation and experimental tests applied to aerospace case studies

L'industria aerospaziale rappresenta uno dei settori più esigenti in termini di prestazioni, affidabilità e sicurezza dei componenti utilizzati nei velivoli e nei sistemi spaziali. L'introduzione delle tecnologie additive, in particolare della stampa 3D, ha rivoluzionato la progettazione e la produzione di parti e componenti per queste applicazioni critiche. Le tecniche di AM sono basate sul principio fondamentale che il componente finale è ottenuto con addizione di materiale (layer-by-layer). Il rapido sviluppo dell'AM è connesso con alcuni vantaggi, fra i quali si segnala un'elevata accuratezza dimensionale e una riduzione dei tempi di produzione. Tuttavia, l'adozione di questa tecnologia in contesti aerospaziali presenta anche sfide significative legate alla qualità, alla certificazione e alla sicurezza dei componenti fabbricati. In questo lavoro di tesi si sono studiati alcuni componenti realizzati in additive metallico mediante tecnologia Laser Powder Bed Fusion (LPBF), in particolare il processo Selective Laser Melting (SLM), per applicazioni aerospaziali, in materiale lega di alluminio AlSi10Mg. In particolare i componenti selezionati per lo studio, sono delle parti di collegamento, progettati da uno dei team studenteschi del Politecnico di Torino (DIMEAS), il Team S55, per la costruzione della replica volante in scala 1:8, dell'idrovolante Savoia Marchetti S55X. Per tali componenti si è svolto un processo di simulazione FEM basato su un modello macroscopico del processo di produzione SLM, implementato nel software AMTOP® V.2.0 sviluppato da ITACAe S.r.l., Asti e SimTech Simulation et Technologie SARL, Parigi. AMTOP® V.2.0 è una piattaforma di strumenti software sviluppata per analizzare e ottimizzare prodotti e processi di produzione additiva. La piattaforma include diversi algoritmi per valutare l'entità delle sollecitazioni e delle distorsioni attraverso un approccio “strato per strato”, costituito da cicli di analisi accoppiata termo-strutturale. Il software AMTOP® V.2.0 può determinare una configurazione ottimizzata dei supporti per ottimizzare un obiettivo desiderato come l'altezza della stampa o il volume dei supporti. L'analisi agli elementi finiti (FEA) viene eseguita tramite un solutore esterno (ad esempio Calculix). Inoltre, è stato possibile svolgere su uno dei componenti simulati con il software AMTOP® V.2.0, una tomografia computerizzata. L'analisi di tomografia è stata svolta presso Labormet DUE S.r.l., Torino, azienda specializzata in servizi di controllo qualità. La scelta del componente da analizzare si è basata su fattori economici e su fattori legati alla probabilità di avere, per la scansione, risultati che evidenziassero quanto si voleva ricercare. La Tomografia industriale computerizzata a raggi X, prevede un esame radiografico a 360° dal quale si ottiene una ricostruzione tridimensionale analizzabile al computer. Infatti grazie ad appositi supporti l’oggetto viene fatto ruotare sul proprio asse in modo da acquisirne una digitalizzazione completa. La Tomografia industriale computerizzata prevede un’analisi totale del componente, sia interna che esterna, senza recare ad esso il minimo danno e, per questo motivo, il controllo è definito non distruttivo. Presso Labormet Due, per l'attività sperimentale in questione, si è utilizzato il sistema di tomografia X-ray CT PHOENIX V|TOME|X M. L'identificazione dei difetti interni con le rispettive caratteristiche è stata effettuata grazie al modulo Porosity Analysis del software Volume Graphics.