Test meccanici e microstrutturali di materiali in fogli fabbricati con filo e arco

Imperial College London & Analisi additiva sulla produzione: produzione WAAM di lamiera

I ricercatori dell’Imperial College di Londra esplorano i materiali e le tecniche nella stampa 3D e nei processi AM, rilasciando le loro scoperte nel recente ” Test meccanici e microstrutturali di materiali in fogli fabbricati con filo e arco “. Mentre la stampa 3D inizia a rendere evidenti – e enormemente positivi – gli impatti in innumerevoli modi oggi, in tutto il mondo, molti scienziati diversi stanno ora cercando modi per superare le sfide che continuano a presentarsi a causa delle diverse esigenze in termini di ricerca e sviluppo.

Mentre gli utenti continuano a spingere i limiti della stampa 3D e AM, entrambi i processi molto potenti, gli ostacoli vengono rilevati e quindi superati uno per uno; ad esempio, nella produzione di additivi per filo e arco (WAAM), i progettisti e gli ingegneri possono aspirare alla fabbricazione su larga scala e godere di molti dei vantaggi della stampa 3D, dalla maggiore convenienza a tempi di produzione molto più rapidi. WAAM, un metodo di deposizione di energia diretta (DED), presenta una serie di sfide in quanto le prestazioni strutturali possono essere in questione in termini di proprietà meccaniche, anisotropia e variabili complessive.

Mentre la stampa con l’acciaio inossidabile WAAM sta diventando sempre più popolare per usi industriali, non ci sono stati molti studi; tuttavia, la ricerca esistente ha mostrato “potenziale correlazione tra la strategia di stampa impiegata e le proprietà dei materiali esposti”, con un’indagine su leghe e geometrie utilizzate in applicazioni come l’aerospaziale.

“La geometria ondulata as-built, che è inerente al processo WAAM, può essere lavorata senza intoppi, ma questa operazione aggiuntiva aggiungerà tempo e costi e potrebbe non essere fattibile con determinate geometrie stampate”, hanno affermato i ricercatori. “Se il materiale viene lasciato nello stato di costruzione, una domanda importante è: qual è l’influenza dell’ondulazione geometrica intrinseca sulle proprietà meccaniche effettive? Questo problema viene anche affrontato nel presente documento e vengono stabilite semplici regole di progettazione per prevedere le proprietà meccaniche chiave. “

Composizione chimica del filo di acciaio inossidabile austenitico 308LSi (valori in%), come fornito dal produttore.

Proprietà meccaniche del filo di acciaio inossidabile austenitico 308LSi, come fornito dal produttore.

I campioni per lo studio consistevano in piastre piane da 3,5 mm e 8,0, tagliate da tubi ovali con lati piatti. Complessivamente, i 51 coupon lavorati erano prismatici e presentavano uno spessore uniforme.

(a) Fresatura di piastre WAAM per produrre coupon (piani) lavorati e (b) confronto di superfici costruite e lavorate.

Orientamento dei coupon di trazione estratti dalla piastra WAAM rispetto all’orientamento dello strato di stampa.

Dodici esemplari sono stati scelti ulteriormente per la stampa 3D, con coupon scansionati ed elaborati in Rhino 3D.

Buoni di trazione costruiti (sopra) e lavorati (sotto).

Le variazioni medie e standard dei coupon erano più adatte per trovare la connessione tra buone proprietà meccaniche e variabilità geometrica.

Risultati dello studio di sensibilità sulla spaziatura dei contorni.

Gli esemplari as-built hanno mostrato un’efficace riduzione del modulo e della forza di Young rispetto agli esemplari lavorati a causa dell’influenza delle ondulazioni geometriche; le riduzioni più gravi sono state osservate per il materiale più sottile e per il caricamento applicato perpendicolarmente all’orientamento dello strato (ovvero θ = 90 °).

“Le microstrutture del materiale stampato e del filo metallico madre sono risultate sostanzialmente diverse, con il materiale stampato che mostrava una forte trama cristallografica, attribuita alla rapida solidificazione dovuta al processo WAAM, con grani che seguivano il più alto gradiente termico”, ha concluso il ricercatori. “Infine, poiché i risultati dei test dei coupon di trazione hanno mostrato una dipendenza diretta delle proprietà meccaniche dalla variabilità geometrica del materiale WAAM, sono state ideate espressioni predittive che correlano le proprietà chiave effettive del materiale alla geometria irregolare”

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