Metodologia DoE applicata alla produzione di tenute polimeriche mediante Additive Manufacturing: ottimizzazione del processo e validazione sperimentale

TecEurolab è la buisness unit di Sideius che opera nel mondo dell’analisi dei mate riali, del testing e dei controlli non distruttivi. Negli ultimi anni il reparto dedicato al test engineering si sta rapidamente afferman do come leader nel suo campo attraverso la progettazione e realizzazione di banchi prova sperimentali. Le attività sono rivolte a clienti di alto livello dei settori in dustriali come Automotive, Aerospace e Biomedicale. Per questo motivo spesso i requisiti tecnici richiesti dalle attrezzature in AM utilizzate per eseguire le prove sono molto stringenti, in particolare per quanto riguarda le prove fluidodinamiche. In questo contesto, è stata individuata la porosità come la proprietà del com ponente che influisce direttamente sul soddisfacimento dei requisiti richiesti. L’o biettivo della tesi è quello di individuare una metodologia generale che permetta un’efficiente e rapida caratterizzazione del materiale in funzione dei parametri di stampa con lo scopo di minimizzare la porosità.La metodologia è stata successiva mente applicata a due materiali, il PPA-CF e il PP, per sviluppare due casi studio. Il primo è un materiale rinforzato con fibra di carbonio e destinato ad applicazioni strutturali, mentre il secondo è utilizzato per la realizzazione di tenute e guarnizioni. I casi studio hanno riguardato la produzione di tenute, con l’obiettivo di riprodurre le condizioni operative a cui sono sottoposte le attrezzature durante il loro impiego. La metodologia ha previsto l’esecuzione di prove meccaniche e analisi tomografiche per correlare i valori di porosità ai principali parametri di stampa — temperatura di estrusione, altezza del layer, larghezza del layer e numero di contorni — utilizzando l’approccio Design of Experiments (DoE). A seguito dell’ottimizzazione dei parametri sono stati condotti i due casi studio con successo. Le tenute flessibili in PP hanno mantenuto la pressione senza trafila menti fino a 500 bar mentre il tappo di chisura costituito da una flangia in PPA-CF e un O-ring in PP ha mantenuto la pressione fino a 250 bar. La tesi dimostra come, agendo sui parametri di stampa e, di conseguenza, sulla porosità, sia possibile raggiungere i requisiti richiesti dalle prove fluidodinamiche attraverso la realizzazione di attrezzature in Additive Manufacturing caratterizzate da tempi di produzione ridotti e costi contenuti