Una nuova ricerca dell’Università di scienze applicate di Zurigo si concentra sulla valutazione di due pacchetti software CAE di fascia alta per il processo SLM (fusione laser selettiva): ANSYS Additive Print e ANSYS Additive Suite . I programmi sono progettati per simulare il processo di stampa 3D in metallo nella speranza di rilevare eventuali difetti residui prima di realizzare qualsiasi parte, consentendo agli ingegneri di ripetere i progetti e ottenere percentuali di successo più elevate. Alla fine, i ricercatori propongono una serie di modifiche e sviluppi che possono essere fatti per migliorare gli approcci di simulazione dei processi nella AM industriale.
La stampa 3D SLM è una variante della fusione del letto di polvere laser che funziona fondendo e fondendo insieme strati di polvere metallica fino a formare una forma 3D. Mentre il laser esegue la scansione sul letto di polvere, la polvere si riscalda e si espande, ma si raffredda rapidamente una volta che il laser si è spostato. Il laser spesso scansiona gli stessi punti sul letto di polvere, solo su strati diversi in quanto devono essere impilati uno sopra l’altro per costruire una parte utilizzabile. Questo schema ciclico di riscaldamento e raffreddamento si traduce in un circuito costante di espansione e contrazione, che provoca sollecitazioni residue nella parte mentre le aree contraenti “tirano” sul metallo solido circostante.
La distorsione causata dalle sollecitazioni residue porta spesso alla formazione di crepe interne. Con abbastanza stress, le crepe possono propagarsi e ciò che ti rimane è una frattura molto costosa e potenzialmente pericolosa per la vita. Questo è il motivo per cui esiste un software di simulazione, poiché l’ottimizzazione dei parametri di processo come il percorso di scansione, la velocità di scansione, la potenza del laser e persino la geometria della parte stessa può ridurre i guasti di stampa.
Per valutare l’efficacia dei due software CAE, il team ha iniziato calibrandoli completamente su Ti6Al4V (lega di titanio) e su una macchina EOS M 290 SLM. I ricercatori hanno stampato in 3D una serie di geometrie di calibrazione e validazione e hanno misurato le deformazioni residue utilizzando la scansione 3D. I risultati hanno permesso loro di calibrare i fattori di ridimensionamento della deformazione isotropica e anisotropica in Additive Print. I risultati hanno anche permesso al team di eseguire analisi di sensibilità sugli effetti di vari parametri in Additive Suite. Sono state eseguite le simulazioni e i ricercatori hanno confrontato le loro previsioni di deformazione residua con le parti fisiche stampate in 3D.
I ricercatori hanno concluso che entrambi i software di simulazione erano in grado di prevedere sufficientemente bene il comportamento qualitativo delle deformazioni residue e le loro posizioni generali. I risultati quantitativi erano difficili da prevedere in modo accurato, tuttavia, e l’estrapolazione a geometrie diverse causava gravi incertezze. Il team ritiene che geometrie di calibrazione più appropriate, un database dei materiali più affidabile e linee guida per gli utenti migliorate siano cruciali per lo sviluppo della simulazione di processo per AM industriale in futuro.
Ulteriori dettagli dello studio sono disponibili nel documento intitolato ” Simulazione e validazione di deformazioni residue nella produzione additiva di parti metalliche “. È co-autore di Thomas Mayer, Gabriel Brändle, Andreas Schönenberger e Robert Eberlein.
La ricerca sul comportamento delle polveri metalliche durante la stampa 3D ha permesso all’industria di avanzare verso applicazioni ingegneristiche pesanti. Al Lawrence Livermore National Laboratory , i ricercatori hanno scoperto un modo per ridurre i difetti nelle parti metalliche stampate in 3D controllando attentamente lo spruzzo espulso dalla pista di fusione. Con un minor numero di particelle di polvere sfuse che si sinterizzano parzialmente in materiale solido appena fuso, la qualità della superficie di ogni strato può essere aumentata. Altrove, gli ingegneri di Texas A&M hanno sviluppato un metodo per la stampa 3D di acciaio martensitico “privo di difetti” con la più alta resistenza a trazione di qualsiasi lega stampata 3D fino ad oggi.
