L'Additive Manufacturing sta acquisendo sempre maggiore interesse nel contesto industriale e scientifico grazie alla possibilità di produrre in maniera veloce e flessibile geometrie qualsivoglia complesse da poter usare in vari ambiti come il biomedicale, l'automotive, l'aerospace. Tra esse grande attenzione è rivolta attualmente al Selective Laser Melting. Tale tecnologia prevede la fabbricazione strato dopo strato di un componente tramite fusione totale di polveri fornendo energia tramite una sorgente laser. Il processo avviene in atmosfera inerte permettono di ottenere componenti funzionali con caratteristiche meccaniche prossime a quelle delle parti prodotte con tecniche tradizionali. I materiali industrialmente processati sono leghe di alluminio, titanio, acciaio anche se sempre maggiore attenzione si sta rivolgendo verso materiali innovativi come i compositi: infatti le caratteristiche meccaniche di quest¿ultimi unite ai vantaggi della fabbricazione mediante Selective Laser Melting permetterebbero di ottenere oggetti sempre più performanti da utilizzare in diversi ambiti dell'ingegneria. Su questa scia nasce l'obiettivo di questa ricerca che vuole mettere a punto un processo di fabbricazione mediante Selective Laser Melting di una lega di alluminio rinforzata con Al2O3. Lo studio interessa tutto il processo produttivo: dalla fabbricazione delle polveri, al laser processing, al post processing dei manufatti, alla caratterizzazione dei componenti in termini di caratteristiche meccaniche, finitura superficiale, accuratezza. Questo tipo di approccio consentirà di abilitare scelte tecnologiche rivolte alla massimizzazione delle prestazioni complessive del componente con l'obiettivo di rendere il processo competitivo dal punto di vista dei costi e dei tempi di produzione. Ciò si traduce in una serie di finestre dei parametri di processo quali velocità di scansione, potenza, spessore del layer che hanno effetto sia sulla qualità finale che sui tempi di produzione.
L'innovatività di questo progetto risiede nelle conoscenze e nelle metodologie applicate a ciascuna tecnologia e nello sviluppo di uno strumento operativo che consenta all¿intero sistema di fabbricazione di rispondere a specifiche richieste e prestazioni. Nel SLM si articolano diversi strumenti e conoscenze atte a determinare le finestre tecnologiche dei parametri di processo entro cui si deve produrre pena la non fabbricabilità o l'ottenimento di proprietà non funzionali. Tali aspetti sono attualmente confinati a particolari ambiti specialistici. Ad esempio la struttura cristallina del materiale beneficia della scelta di una elevata densità di energia volumetrica del laser combinata con una elevata velocità di scansione. Ciò si traduce in un effetto di Marangoni in grado di produrre un elevato rimescolamento del melt pool migliorando l'effetto di deossidazione prodotto dalla sorgente laser e l'omogeneizzazione della struttura cristallina. Di contro lo stesso effetto determina la formazione di protuberanze sferoidali sulla superficie di altezza prossima al centinaio di micrometri peggiorando drasticamente lo stato di finitura delle superfici ottenute. Il gruppo di propone di combinare le conoscenze in ambito metallurgico e in ambito della tecnologia delle superfici al fine di ottenere modelli congiunti che tengano in considerazione entrambe le tipologie di variabili di uscita. Dal punto di vista della caratterizzazione e del controllo di processo si impiegheranno innovative tecniche di analisi di immagine. Le single track, gli oggetti solidi, le sezioni metallografiche verranno sottoposte al processamento mediante tecniche basate sul Morphological Component e l'Edge Detection al fine di fornire misure quantitative di feature geometriche e strutturali ai modelli tecnologici in via di sviluppo. Nell'ambito delle strutture di supporto, nel SLM si combineranno conoscenze proprie delle costruzioni aerospaziali al fine di rispondere a specifici requisiti di fabbricazione di questi nuovi materiali. È noto che la generazione dei supporti è fondamentalmente affidata a semplici e veloci algoritmi che assumono come input gli aspetti geometrici. Il gruppo ha le potenzialità per studiare gli aspetti termici, strutturali e di lavorabilità di cui si necessità per determinare le metodologie di generazione dei supporti per gli MMC: nella fase di fabbricazione le conoscenze relative allo scambio termico tra componenti nei satelliti permetteranno di determinare la forma e le capacità di specifiche strutture nella veicolazione del calore prodotto dal raffreddamento locale verso la piastra di fabbricazione, con l'obiettivo di ridurre gli stress residui nel materiale; lo studio strutturale permetterà di determinare le sezioni e la forma dei supporti minime necessarie alla fabbricazione caratterizzata da ingenti stress termici; il gruppo determinerà altresì la forma della struttura e delle sezioni aumentando la caratteristica di machinability dei supporti nella fase di rimozione. Nell'ambito del ball milling il gruppo è in grado di determinare modelli cinematici predittivi dell'energia trasferita dalle palle alle polveri nel processo di meccanosintesi. Lo studio della struttura del materiale prodotto sarà combinata con lo studio della morfometria e della morfologia delle polveri. Lo studio statistico verrà attuato impiegando sia noti indici che innovativi parametri di forma utili alla clusterizzazione della capacità produttiva del ball milling per una efficace fruizione nella successiva fase sperimentale di SLM. In merito alla burattatura le conoscenze si articolano sia in termini di cinematica, che di micromeccanica, che di modellazione dell¿output. L'impiego dei Bed Behaviour, dei modelli di predizione dei profili reali di rugosità ottenibili al variare dei parametri di processo sono degli strumenti operativi in grado di combinarsi per lo studio di un materiale innovativo. Un'altra importante caratteristica di innovatività che permea l'intero progetto è quella che considera ciascun obiettivo realizzativo non fine a se stesso. Ciò sta a significare che i dati e i modelli sviluppati in ciascun ambito debbono rispondere a presupposti di combinabilità tra le varie fasi di un unico sistema di fabbricazione. I dati verranno organizzati in strutture gerarchiche ove ciascuna fase produttiva è pienamente a conoscenza dei parametri di processo attuati nelle fasi precedenti. Ciò permetterà entro certi limiti di determinare modelli omnicomprensivi, la gestione operativa dell¿intero processo e l'attuazione dell'ultimo obiettivo realizzativo che intende fornire uno strumento innovativo in grado di suggerire set di parametri necessari a soddisfare specifiche richieste di prestazioni.