Generation and simulation of deposition paths for Wire Arc Additive Manufacturing Generazione e simulazione di percorsi di deposizione per Wire Arc Additive Manufacturing

La seguente tesi presenta la realizzazione di un sistema di analisi di modelli 3D virtuali per Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). L’obiettivo principale è creare un processo che parta dal modello 3D virtuale del pezzo che deve essere realizzato e, attraverso analisi geometriche, generi percorsi di deposizione materiale per una cella robotica, da seguire per produrre infine l’oggetto. Per la creazione di questo processo, è stato necessario considerare diversi problemi, principalmente riguardanti le tecniche di analisi geometrica degli oggetti, la generazione completamente automatica di istruzioni di movimento per il braccio robotico ed evitare configurazioni problematiche del robot che potrebbero portare a singolarità o collisioni con altri elementi della cella. Il lavoro inizia con una breve panoramica delle varie tecniche di AM, evidenziando la posizione tra esse della tecnologia esaminata in questa analisi, fornendo così al lettore una chiara visione delle diverse soluzioni di AM e stabilendo conoscenze di base sulla tecnologia per poter comprendere meglio le spiegazioni tecniche più avanti nella tesi. Segue poi un’analisi del caso studio più approfondita, che esamina tutti i passaggi cruciali da considerare nella creazione del processo di AM. Questa fase è importante poiché pone le basi per raggiungere in modo efficiente l’obiettivo della tesi. Viene quindi fornita una spiegazione dettagliata dell’intero processo creato partendo da tecniche di analisi del modello geometrico 3D. Queste vengono applicate per l’estrazione di curve dal modello, dove l’oggetto viene approssimato in una serie di linee che riempiono gradualmente il suo volume. Infine, queste curve vengono usate per generare percorsi di movimento per il braccio robotico, al fine di creare un modello fisico 3D il più vicino possibile alla sua rappresentazione virtuale. Il test finale di questo processo ha prodotto risultati che sono presentati alla fine della tesi, mostrando il successo della sua realizzazione applicata a diverse geometrie, sollevando al contempo problematiche incontrate durante lo sviluppo.

The following thesis presents the development of a virtual 3D model analysis system for Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). The main objective is to create a process that starts with the virtual 3D model of the component that needs to be manufactured, and through geometric analysis generates deposition paths for a robotic cell to execute, ultimately manufacturing the object. For the creation of this process, several challenges had to be addressed, mainly concerning geometric object analysis techniques, fully automated generation of movement instructions for the robotic arm, and avoidance of problematic robot configurations that could cause singularities or collisions with other elements of the cell. The work begins with a brief overview of various AM techniques, highlighting the position of the technology examined in this analysis. This provides the reader with a clear understanding of available solutions and establishes the basic knowledge needed to follow the technical explanations later in the thesis. A more in-depth case study analysis is then presented, covering the crucial steps needed in creating the AM process. This phase is important as it lays the foundation for efficiently achieving the objectives of the thesis. A detailed step-by-step explanation of the complete process created is then provided, starting from the geometric 3D model analysis techniques. These are then applied to extract the curve paths, approximating the model into a series of lines that gradually fill its volume. Finally, these lines are used to generate movement paths for the robotic arm to follow and create a physical 3D model that closely matches its virtual representation. The final testing of this process produced results, presented at the end of the thesis, demonstrating the success of its realization when applied to different geometries, while also highlighting issues encountered during development.