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Ricercatori valutano la deformazione residua in tempo reale

Per ottimizzare i progetti industriali e produrre parti metalliche stampate in 3D più efficienti

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Dei ricercatori stanno ottimizzando i progetti industriali per produrre parti più efficienti utilizzando la produzione additiva. Il materiale realizzato con metodi AM che impiegano i laser può presentare sollecitazioni residue dovute al rapido riscaldamento e raffreddamento durante la stampa. Il trattamento termico o la ricottura delle parti dopo la stampa riduce la deformazione. Ma troppo calore può causare cambiamenti strutturali indesiderati.

I ricercatori della General Electric (GE) avevano bisogno di capire meglio dove si forma la deformazione residua ea quali temperature dovrebbe essere condotta la ricottura per alleviare la deformazione per ottimizzare la progettazione dei componenti, il tempo e la temperatura di ricottura. Scienziati della GE Global Research, dell’Università della California, Berkeley, e della Spallation Neutron Source, una struttura utente dell’Office of Science del Dipartimento dell’Energia (DOE) presso l’ Oak Ridge National Laboratory (ORNL), hanno eseguito esperimenti sui neutroni e modelli computazionali per comprendere il AM e processo di ricottura.

Hanno usato la diffrazione dei neutroni per localizzare la deformazione residua nei campioni di una lega metallica comune, l’Inconel 625. I ricercatori hanno eseguito gli esperimenti iniziali di calibrazione dei neutroni sulla linea di luce NOBORU presso il Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). L’imaging dei neutroni ha quindi consentito loro di osservare i campioni all’interno di un forno ad alta temperatura, in tempo reale, durante la ricottura. I neutroni penetravano facilmente nelle pareti del forno e consentivano di mappare il rilassamento della deformazione su tutta la parte durante la ricottura.

Dei ricercatori stanno ottimizzando i progetti industriali per produrre parti più efficienti utilizzando la produzione additiva

I ricercatori hanno confrontato lo stress misurato con simulazioni al computer. Hanno condotto simulazioni del processo AM per prevedere le distribuzioni delle sollecitazioni residue all’interno dei campioni in funzione dei parametri del processo. I confronti dei risultati della simulazione con le misurazioni sperimentali della temperatura ambiente hanno mostrato buoni accordi quando i dati della simulazione sono mediati sul volume della parte, confermando l’utilità degli esperimenti per la convalida dei risultati della simulazione.

Il nuovo modello può prevedere con maggiore precisione se una leggera modifica del design di una parte la renderà più forte riducendo al minimo la formazione di deformazioni residue durante la produzione. Il nuovo modello può anche indicare se la modifica del diametro del raggio laser AM, o la velocità con cui viaggia, migliorerà la qualità della produzione.

I risultati stanno aiutando GE a convalidare i suoi modelli computerizzati e ad adeguare i progetti dei componenti per ridurre la formazione di deformazioni residue durante la produzione additiva. Questi dati consentiranno inoltre a GE di ricotturare i suoi prodotti e ottimizzare il rilassamento della deformazione senza causare problemi strutturali indesiderati.

Questa ricerca è stata supportata dal DOE Office of Science, dal GE Global Research Center, dall’Università della California a Berkeley e dalla Japan Atomic Energy Agency. Lo scattering dei neutroni è stato eseguito presso la Spallation Neutron Source, una struttura utente del DOE Office of Science gestita da ORNL e presso lo strumento NOBORU (J-PARC) della Japanese Spallation Neutron Source. Il lavoro sullo sviluppo dell’imaging a risoluzione energetica e del rivelatore MCP/Timepix presso l’Università della California a Berkeley è stato parzialmente finanziato attraverso borse di ricerca DOE.

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Andrea Gambini

Mi piace leggere e scrivere da sempre. Ho iniziato a lavorare in redazione come giornalista sportivo nel 2008, poi la passione per il giornalismo e per il mondo della comunicazione in generale, mi ha permesso di ampliare notevolmente i miei interessi, arrivando negli anni a collaborare con le più svariate testate giornalistiche online. Mi sono poi avvicinato alla stampa 3D, colpito dalle grandissime potenzialità di questa nuova tecnologia, che giorno dopo giorno mi hanno spinto a informarmi sempre più su quella che considero una vera rivoluzione che si farà presto sentire in tantissimi campi della nostra vita quotidiana.

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