Gli studi sulle sollecitazioni residue che si formano durante un processo di produzione additiva (AM) hanno rivelato che l'orientamento di costruzione della parte prodotta ha un impatto sulla formazione di sollecitazioni avverse.

Lo sviluppo di uno strumento accurato e vantaggioso per valutare come la geometria complessa della parte influenza lo sviluppo delle sollecitazioni utilizzando il metodo di fusione a letto di polvere pubblicato in uno studio in Additive Manufacturing contribuirà all'uso della produzione additiva per la produzione di parti metalliche in modo accurato e maniera prevedibile.

Nell'ambito di una collaborazione internazionale guidata dall'Università di Linköping in Svezia, gli inquirenti, che includeva il Dr. Vladimir Luzin all'ANSTO, ha concluso che un'attenta selezione dell'orientamento di stampa è importante e ha avuto un impatto significativo sull'entità delle sollecitazioni residue e, perciò, la potenziale distorsione della parte AM.

Generalmente, un alto livello di tensioni residue di trazione può portare a una fessura durante la stampa, mentre allo stesso tempo le sollecitazioni possono portare alla deformazione del pezzo.

Entrambi comportano lo scarto del materiale se la tolleranza dimensionale/distorsione è compromessa o si verifica una fessurazione. Però, assumendo alcune condizioni ottimali per una particolare forma, tutti gli effetti sulle distorsioni indesiderate possono essere eliminati.

Poiché la varietà di forme è enorme, una forma particolare, a forma di L, è stato scelto per studiare gli effetti di un orientamento costruito.

Sono stati utilizzati tre approcci sperimentali per caratterizzare le sollecitazioni residue nelle parti a forma di L in Inconel 781, un materiale importante nell'industria energetica e aerospaziale perché ha buone proprietà meccaniche ad alta temperatura.

Le misurazioni della diffrazione dei raggi X sono state utilizzate per caratterizzare le sollecitazioni superficiali e le tecniche di scansione laser hanno misurato le distorsioni complessive associate alla separazione dei campioni dalla piastra di base.

Però, la diffrazione di neutroni era necessaria per misurare lo stress residuo all'interno dei campioni a causa dell'elevata penetrazione dei neutroni. Il team di Linkoping Unverisity ha utilizzato la diffrazione di neutroni non distruttiva sullo scanner di deformazione Kowari per misurare e caratterizzare le sollecitazioni residue all'interno della massa dei campioni di superleghe a base di nichel per studiare gli effetti dell'orientamento dell'accumulo AM del campione.

La parte stampata con orientamento orizzontale ha mostrato la minima quantità di stress in tutte e tre le direzioni, mostrando la via per l'ottimizzazione della costruzione di forme a L generiche.

Però, in tutti gli orientamenti, c'era una tendenza generale alla sollecitazione di compressione al centro della parte. La tensione residua di trazione è stata osservata vicino alla superficie in tutti i campioni, che sembra essere potenzialmente problematico e deve essere affrontato.

"C'è un certo effetto dell'orientamento dell'accumulo nella formazione delle sollecitazioni residue e, perciò, sulle prestazioni delle parti AM, " disse Prabhat Pant, un dottorato di ricerca studente dell'Università di Linkoping che è stato sostenuto dalla Fondazione svedese per la ricerca strategica (SSF).

La sua missione di addestramento, sostenuto dall'agenzia, era quello di svolgere attività di ricerca all'estero in vista del previsto avvio della European Spallation Source, la più potente sorgente di neutroni al mondo. La supervisione locale all'ANSTO è stata fornita da Luzin di ACNS.

"Essere in grado di prevedere le aree critiche in cui si verificheranno per ridurle è un vantaggio produttivo significativo, " disse Panta.

"Sebbene queste sollecitazioni residue possano essere modificate con tecniche di post-elaborazione, il ruolo dello stress residuo durante l'accumulo è essenziale per prevenire distorsioni o rotture in qualsiasi momento durante il processo di fabbricazione."

La ricerca ha incluso lo sviluppo di una tecnica di simulazione semplificata che utilizza l'analisi degli elementi finiti per prevedere le sollecitazioni residue in base alla geometria della parte, quale, quando verificato con risultati sperimentali sui neutroni, era in un buon accordo pratico.

Però, i ricercatori hanno notato che c'era una complessa interconnessione delle tensioni residue nello stato di costruzione per le parti con l'orientamento della parte, e la geometria della parte costruita.

"Abbiamo acquisito una migliore comprensione di come costruire l'orientamento, la struttura di supporto e la concentrazione delle sollecitazioni contribuiscono allo sviluppo di sollecitazioni residue durante il processo di fusione del letto laser, " disse Panta.