PO 442- Novembre 2021

progettare 442 • novembre / dicembre 2021 47 Simulazione del processo di fabbricazione LPBF dell’iniettore 3DP. SPECIALE INDUSTRIA AEROSPACE La fusione laser a letto di polvere (LPBF) è un processo di additive manufacturing (AM) in cui un laser scioglie e fonde insie- me la polvere. LPBF è anche un termine generico che descrive processi come la fusione laser selettiva (SLM), la sinteriz- zazione laser selettiva (SLS) e la sinteriz- zazione laser diretta del metallo (DMLS), per nominarne alcuni. Durante la LPBF, un sottile strato di materiale, di solito circa 30- 50 μm, viene steso su una piattaforma di costruzione. Un laser fonde il primo strato del modello, e poi un rullo o un ricopritore sparge lo strato successivo di polvere sul primo strato.Altri strati di polvere vengono sparsi e fusi fino a quando la parte o il componente completo è stato costruito. (In una variante del processo, viene usato un fascio di elettroni invece di un laser e la produzione avviene nel vuoto). Prevedere i risultati con la modellazione meccanica ITRI studia il processo LPBF nel tentativo di bilanciare la necessità di limitare costi e tempi con l’esigenza di realizzare prodotti finiti ben fatti. I ricercatori dell’AM System InnovationDepartment, Laser andAdditive ManufacturingTechnology Center (LAMC) di ITRI, tra cui gli ingegneri Wai-Kwuen Choong e Tsung-Wen Tsai e il manager Steven Lin, ottimizzano il processo LPBF per la produzione di un iniettore stampa- to in 3D (3DP) per i motori a razzo ibridi TiSpace. L’iniettore 3DP è stato progettato da TiSpace per migliorare l’efficienza di miscelazione dei propellenti ibridi del mo- tore e utilizzare il progetto ottimizzato per la fluidodinamica. ITRI ha ulteriormente migliorato il design utilizzando tecniche di progettazione per la produzione addi- tiva (DFAM). Dice Wai-Kwuen Choong: “Il complesso canale di flusso interno e le caratteristiche consolidate dei componenti di questa parte la rendono un’eccellente dimostrazione della tecnologia LPBF”. ITRI usa la simulazione per prevedere lo sforzo residuo e la deformazione del pezzo fabbricato. A questo scopo si affida al sof- tware Comsol Multiphysics. Per prevedere come i gradienti termici avrebbero causato sforzi e deformazioni nel progetto dell’i- niettore, il team ha implementato il meto- do degli ‘inherent strains’ nelle simulazioni preliminari. Questo metodo è stato creato inizialmente per prevedere rapidamente sforzi residui e deformazioni nei problemi di saldatura, ma viene utilizzato sempre più spesso anche per risolvere problemi di produzione additiva dei metalli. I tecnici hanno usato l’interfaccia ‘SolidMechanics’ inclusa nello Structural MechanicsModule per eseguire un’analisi termomeccanica. Così facendo, hanno potuto stimare lo sforzo residuo e la deformazione nella parte fabbricata. La funzioneActivation del software Comsol, specifica per l’Additive Manufacturing, si è dimostrata perfetta per modellare l’aggiunta di materiale strato dopo strato e la fusione coinvolte nella LPBF. Hanno anche utilizzato l’Optimization Module per ottimizzare l’orientamento della parte e la struttura di supporto del componente durante la costruzione. Risparmiare tempo e costi con le app I tecnici di produzione dei sistemi AM che implementano il processo LPBF nonhanno in genere familiarità con la simulazione. Assumere appositamente uno speciali- sta di simulazione significherebbe solo espandere i tempi e i costi del progetto. Cosa fare? Il team ha costruito un’app di simulazio- ne con un’interfaccia utente intuitiva e input e output personalizzati, realizzata a partire dal modello LPBF, chiamandola ITRI AMSim App. Le app possono essere costruite a partire da modelli esistenti in Comsol Multiphysics usando l’Applica- tion Builder integrato. L’app di simulazio- ne permette ai tecnici di prevedere e va- lutare le caratteristiche di costruzione per un processo di produzione ottimizzato. Include input per un file STL, un modello elastico o elastoplastico (disponibile con il Nonlinear Structural Materials Module) e la possibilità di abilitare o disabilitare la simulazione del processo di taglio o la rimozione della piastra di base. Include anche una scelta tra cinque diversi mate- riali in polvere, tra cuiTi 6Al-4V, una lega di titanio, MP1, una lega CoCrMo, PH1 e 316L, che sono tipi di acciaio inossidabile, e AlSi10Mg, una lega di alluminio. Gli ou- tput dell’app sono i risultati di cui i tecnici