La prima fase del progetto di ricerca HY-MAN, nell'ambito del bando MANUNET III CALL 2017, si è conclusa con ottimi risultati.
Di seguito i dettagli del progetto e i partner coinvolti:
Acronimo del progetto: HY-MAN
Titolo del progetto: Integrazione sostenibile della produzione ibrida additiva/sottrattiva per materiali difficili da tagliare.
Argomenti: Tecnologie di produzione adattiva, inclusi processi di rimozione, giunzione, aggiunta, formatura, consolidamento e assemblaggio.
Partner (Consorzio):
Consultant
IMAMOTER - CNR, di seguito denominato "IMAMOTER", Italia;
Consultant
IMAMOTER - CNR, hereinafter referred to as “IMAMOTER”, Italy;
UNIVERSITÀ DI MONDRAGÓN / MGEP, Spagna
Il consorzio ha investito nello sviluppo delle tecnologie LMWD (Laser Metal Wire Deposition) e LAMWD (Laser Arc Metal Wire Deposition) al fine di promuovere tale tecnologia sul mercato, attualmente limitata a pochi produttori. A tal fine, è stata studiata l'affidabilità dei materiali realizzati tramite additive manufacturing, basati su acciai difficili da tagliare e leghe di titanio.
Sono state progettate e realizzate due teste prototipo per il processo AM, sia per il processo LMWD che per il processo LAMWD. Per il processo LMWD, è stata scelta una configurazione coassiale per consentire l'indipendenza direzionale per tutte le posizioni di saldatura tecniche. È stata definita un'adeguata focalizzazione del fascio, con l'obiettivo di fornire spazio sufficiente all'interno del fascio laser per consentire l'inserimento del filo. Per la realizzazione del prototipo è stata scelta una configurazione ad asse ottico verticale, utilizzando due lenti axicon per trasformare il fascio laser in una distribuzione ad anello. È stato definito un processo LAWMD ibrido, aggiungendo la sorgente laser a un sistema WAAM. Per il processo ad arco è stato selezionato un sistema CMT e integrato in una macchina CNC, insieme a una sorgente laser in fibra. La maggior parte dei test è stata eseguita su acciaio. È stata testata anche la deposizione di strutture in lega di Ti. Sono state considerate come casi di studio le geometrie di un trasportatore a coclea, di una girante e demo (schema E, solo per leghe di Ti). Sono state preparate geometrie semplici per la caratterizzazione meccanica e microstrutturale.
Il processo ha permesso la preparazione di materiali con proprietà promettenti, come elevata densità e durezza, con una piccola dispersione rispetto al valore medio. Erano presenti alcuni difetti residui, come vuoti e crepe. La saldatura laser induce una superficie eterogenea, contenente diverse fasi cristalline.
I materiali sono stati poi sottoposti a processo sottrattivo. Sono stati sviluppati quattro portautensili idraulici sottili per la lavorazione di tasche, con condizioni stabili in termini di vibrazioni e smorzamento. Le frese a candela in metallo duro commerciale sono state adattate in termini di qualità del materiale, parametri di geometria di taglio e rivestimenti. Una volta selezionato il portautensili tra i quattro sviluppati, sono stati condotti test dedicati all'analisi degli utensili da taglio. I nuovi utensili sono stati testati su materiali di produzione convenzionali. Gli stessi riferimenti sono stati poi applicati a materiali prodotti mediante produzione additiva (AISI304). È interessante notare che la lavorazione del materiale da LMWD ha richiesto meno energia rispetto alla fresatura del materiale "convenzionale". L'obiettivo di ottimizzare le tecnologie di produzione additiva rapida che riducono l'impatto ambientale è stato un aspetto cruciale del progetto. A tal fine, è stata condotta una valutazione completa del ciclo di vita (LCA) dalla culla al cancello, nell'ipotesi di campioni con iso-prestazioni. Sono stati valutati il consumo energetico, le emissioni di CO2, i tempi e i costi. La LCA ha permesso di determinare i valori più convenienti di potenza laser, velocità di avanzamento e velocità di avanzamento del filo "W" dal punto di vista ambientale ed economico.
Integrazione sostenibile di produzione ibrida additiva e sottrattiva per materiali difficili da tagliare
L'uso della produzione additiva come tecnologia rivoluzionaria si sta diffondendo sempre di più nel settore. Questo metodo di produzione relativamente nuovo, che consente di realizzare prodotti aggiungendo materiale, offre numerosi vantaggi rispetto alle tecniche di produzione sottrattiva convenzionali. Nel progetto Manunet 'HY-MAN', un consorzio composto dai partner Laser Machine Network S.r.l. (Finpiemonte, Italia), KENDU S.COOP (Paesi Baschi, Spagna), LAIP SA (Paesi Baschi, Spagna) e Politecnico di Torino (Finpiemonte, Italia), insieme a CNR-Imamoter e Mondragon Unibertsitatea come subappaltatori, ha lavorato allo sviluppo e alla produzione sostenibili di materiali difficili da tagliare.
Applicazioni nel settore automobilistico e aerospaziale
Grazie alla produzione additiva (AM), è possibile realizzare componenti di grandi dimensioni a partire da materiali classificati come difficili da produrre utilizzando processi industriali convenzionali come la forgiatura o la lavorazione meccanica.
"Velocità di deposizione più elevate e topologia migliorata"
Durante il progetto, sono stati progettati e ulteriormente ottimizzati i processi di AM a filo, sia in termini di apparecchiature che di parametri di processo, per ottenere buone proprietà dei materiali. Per il processo LMWD, è stata progettata una testina di stampa coassiale per consentire l'indipendenza direzionale per tutte le posizioni di saldatura. Questo è importante perché genera maggiore flessibilità e semplifica la produzione di forme geometriche più complesse. Nel progetto è stato dimostrato che utilizzando il processo LAMWD è possibile ottenere una velocità di deposizione più elevata. L'aggiunta del laser ha anche migliorato la topologia degli strati stampati. Ad esempio, durante il progetto di innovazione sono state generate diverse strutture con un'ampia varietà di spessori di parete (da 1 a 25 mm) per testare l'idoneità dei processi alla costruzione di una geometria reale del componente. Questi campioni sono stati poi analizzati confrontando struttura, lavorabilità e proprietà meccaniche con le materie prime. Nonostante la presenza di alcuni pori dovuti al processo di produzione, la densità era promettente e la resistenza alla trazione era paragonabile a quella della materia prima.
Sostenibilità come sfida sociale
L'obiettivo di ottimizzare le tecnologie di produzione additiva rapida che riducono l'impatto ambientale è stato un aspetto cruciale del progetto. Ad esempio, è stata applicata un'analisi completa del ciclo di vita per identificare i vantaggi e i limiti delle tecnologie AM rispetto alle tecnologie sottrattive convenzionali in termini di sostenibilità. Il vantaggio di una tecnologia di produzione come la produzione additiva non è solo quello di consentire geometrie più complesse e una produzione più rapida di componenti personalizzati, ma soprattutto quello di ridurre la quantità di scarti di materiale e consentire lo sviluppo di componenti leggeri e robusti. In particolare, nei settori automobilistico e aerospaziale, la domanda di tali componenti è elevata, in quanto possono ridurre il peso dei veicoli e quindi le emissioni di CO2.
Per tutti i dettagli del progetto e dei risultati ottenuti, contattare direttamente LMN "info@laserlmn.com" inserendo nell'oggetto "PROGETTO HY-MAN"
