Analisi del consumo energetico del processo di electron beam powder bed fusion: effetti del processo e del design delle parti = Energy consumption analysis of electron beam powder bed fusion process: effects of process and part designs

A partire dal XX secolo, il mondo scientifico ha rilevato il grande impatto che il cambiamento climatico ha sull’ambiente. Un efficace metodo per ridurre le emissioni di gas serra è una produzione ecologica. Considerando che il 15% del consumo globale di energia e il 35-40% del consumo globale di materiali è causato dagli attuali processi produttivi industriali, qualsiasi riduzione del consumo energetico rappresenta un progresso in termini di sostenibilità. Il consumo energetico durante un processo produttivo rappresenta quindi un aspetto estremamente importante da considerare. Deve essere analizzato quindi in modo critico per capire in che modo il processo e la progettazione di un prodotto possano incidere su di esso. Tra i processi di AM, la tecnologia Electron Beam Powder Bed Fusion (EB-PBF), rappresenta un sistema efficace in termini di sostenibilità, grazie alla sua ottima efficienza energetica e temporale. Si tratta infatti del processo che ha mostrato il più basso consumo specifico di energia (SEC) ed il più alto tasso di deposizione medio (DR) tra tutti i processi di fabbricazione additiva. Tra i diversi studi fatti in letteratura, ad oggi non esiste un’analisi dettagliata sull’effetto dei jobs e del design sul consumo energetico. Questo studio mira a capire come i diversi jobs e design per EBM influenzino l’efficienza energetica e temporale e quindi determinare le linee guida per una produzione più efficiente ed ecologica. Nello studio sono state considerate tutte le strutture tipiche, che corrispondono a tre diversi parametri di processo: strutture bulk, supporti e lattice. Si è inoltre condotto uno studio analitico per indagare e modellare l’energia del prodotto. Sono stati progettati 25 jobs per la macchina EB-PBF Arcam A2x, utilizzando i parametri di processo standard per la Arcam Ti6Al4V. I jobs sono stati progettati utilizzando diversi componenti reali, per analizzare l’effetto del riempimento della piattaforma di costruzione, le diverse altezze dei jobs e le diverse quantità di strutture bulk, lattice e supporti sulla curva SEC-DR. L’efficienza energetica è stata valutata utilizzando la modellazione analitica di uno studio presente in letteratura, che correla il DR ed il SEC per la macchina Arcam A2x e la polvere di Ti6Al4V. Tutti i parametri studiati hanno giocato un ruolo cruciale nella definizione dell’efficienza energetica del processo. Lo studio ha permesso di fornire linee guida utili all’ingegneria della produzione per ottenere una più efficiente progettazione dei jobs.