Riprogettazione per la produzione mediante fusione laser selettiva a letto di polvere metallica: Il caso studio di una guida di supporto per un motore lineare di una macchina di misura = Redesign for Laser Powder Bed Fusion: The case study of a linear motor carriage of a measuring machine

Le tecniche di fabbricazione additiva oggi si collocano in un ampio spettro di applicazione poiché consentono una grande libertà di design. Infatti, il settore industriale sta esplorando i vantaggi che si possono ottenere nel campo della progettazione di componenti ad elevate performance se la produzione è basata sulle tecniche di fabbricazione. In particolare, le tecniche di metallo come quella del Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) consentono una grande flessibilità sia nel design che nei materiali. Il lavoro svolto ha lo scopo di illustrare le potenzialità raggiungibili attraverso l’applicazione ad un caso industriale che prevede l’ottimizzazione strutturale di un carro guida di una macchina di misura a sensore multiplo. In particolare, l’intero sistema è formato da 4 componenti principali e 12 elementi di fissaggio. Le dimensioni complessive del sistema sono 220x690xx101 mm^3. I componenti principali sono ad oggi prodotti mediante fresatura da pieno in Al7075-T6. Il target di tale ottimizzazione è una riduzione della massa del sistema di almeno il 10% mantenendone inalterata la rigidezza complessiva per non diminuire la precisione di misura della macchina. Partendo dalla modellizzazione del componente il sistema nel suo complesso è stato analizzato mediante metodo agli elementi finiti. Il comportamento del modello in ambiente virtuale è stato confrontato con i dati sperimentali per la verifica del modello di simulazione in termini di tensioni e spostamenti. La riprogettazione del componente ha quindi previsto un’analisi iniziale delle operazioni di assemblaggio al fine di minimizzare l’uso di elementi di fissaggio. Successivamente, il sistema è stato pensato come un unico componente da riprogettare nell'ottica della produzione mediante tecniche di L-PBF (minor quantità di supporti, ottimizzazione degli stress generati durante la produzione e delle operazioni di post-trattamento di finitura). Inoltre, dati i limiti attuali delle dimensioni massime dei volumi di produzione delle macchine commerciali di L-PBF, la riprogettazione ha previsto anche la esecuzione di un sistema di accoppiamento rigido dei componenti. Il sistema finale prevede quindi un’unica operazione di assemblaggio. Il peso del sistema totale è di circa il 34% inferiore del sistema originale, con la riduzione del numero di componenti da 4 a 3 e di elementi di fissaggio da 12 a 4. Il sistema riprogettato è stato convalidato in ambiente virtuale e successivamente mediante realizzazione di un prototipo tecnico e funzionale.