Analisi e modellazione dei consumi energetici nella tecnologia additiva di fusione laser a letto di polvere

Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is one of the most advanced additive manufacturing technologies, finding application in highly innovative sectors such as aerospace, automotive, and biomedical. At the same time, the significant energy consumption of this process limits its fields of application and, to date, prevents its widespread adoption. Referencing several studies found in the literature, this thesis project conducted an experimental analysis of the energy consumption of the SLM 280 HL machines in the HPE Group Metal Additive Center. The aim was to quantify the contributions of the various system components and identify the most relevant parameters. The collected data was then used to build a forecasting model capable of estimating the energy requirements for the production of a generic component, based on operating conditions. A separate analysis was dedicated to studying consumption during periods of inactivity, with the aim of quantifying, in economic terms, the benefit that would be gained by turning off the machines when they are not in use. The work carried out therefore provides a useful contribution both to understanding the energy dynamics of the process in question and to defining energy efficiency strategies aimed at making additive manufacturing a more sustainable production system.

Il processo di fusione laser a letto di polvere (Laser Powder Bed Fusion, LPBF) rappresenta una delle tecnologie più avanzate di produzione additiva, trovando applicazione in settori ad elevato tasso di innovazione come l’aerospaziale, l’automotive e il biomedicale. Al contempo, il consistente consumo energetico di questo processo limita i campi di impiego e ne impedisce, ad oggi, una sua completa diffusione su larga scala. Prendendo come riferimento alcuni studi reperiti in letteratura, in questo progetto di tesi è stata condotta un’analisi sperimentale dei consumi energetici delle macchine SLM 280 HL presenti nel Metal Additive Center di HPE Group, con l’obiettivo di quantificare i contributi dei diversi componenti che costituiscono il sistema e individuare i parametri di maggiore rilevanza. I dati raccolti sono stati successivamente impiegati per la costruzione di un modello previsionale capace di stimare il fabbisogno energetico necessario alla produzione di un generico componente, in funzione delle condizioni operative. Un’analisi a parte è stata dedicata allo studio dei consumi nei periodi di inattività, con l’obiettivo di quantificare in termini economici il vantaggio che si trarrebbe spegnendo le macchine nei momenti di inutilizzo. L’attività svolta fornisce quindi un contributo utile sia alla comprensione delle dinamiche energetiche del processo in questione, sia alla definizione di strategie di efficientamento energetico finalizzate a rendere la manifattura additiva un sistema produttivo maggiormente sostenibile.