Esempio dei software di simulazione di MSC Software. Distribuzione della probabilità di rottura di un collettore di aspirazione in pressione.
e-Xstream engineering, azienda di MSC Software, propone uno strumento di simulazione all’interno della suite Digimat per la modellazione dei processi di sinterizzazione laser selettiva e fused deposition modelling, soluzione che consente di progettare componenti in 3D printing che rispondano ai requisiti dimensionali e strutturali, tenendo conto delle specificità della tecnologia di stampa scelta.
di Federica Conti
Sempre più spesso viene presa in considerazione l’idea di utilizzare il processo di additive manufacturing per la produzione di componenti in polimeri rinforzati, ma gli ingegneri si trovano ad affrontare alcuni ostacoli. Le caratteristiche di qualità desiderate per il prodotto finale possono non venir soddisfatte, con tolleranze al di là di quelle prescritte, a causa della distorsione indotta dal trattamento termico o dell’insufficiente finitura superficiale. Dal lato del materiale, la realizzazione per starti sovrapposti, specifica del 3D printing, e l’orientamento dei rinforzi causano un comportamento anisotropico, rendendo la risposta meccanica del componente difficile da prevedere.
Tutte queste difficoltà derivano dalla mancanza di una comprensione approfondita dei materiali utilizzati nell’additive manufacturing e dall’influenza dei parametri di processo. Il rapid manufacturing, fino ad oggi, è stato prevalentemente utilizzato per generare componenti fisici, ma quasi unicamente con lo scopo di “visualizzarli”. Alle parti finite era richiesto solo di mantenere la loro integrità meccanica per scopi di manipolazione e dimostrazione. Non veniva posta alcuna attenzione alla progettazione di materiali specifici per un determinato scopo o all’affinamento dei parametri di processo, o, ancora, alle strategie di deposizione per ottenere la migliore accuratezza dimensionale e la migliore prestazione del componente.
Questa mancanza di controllo sul processo era e va estesa al processo di qualificazione. La qualità di un componente verrà basata sulla competenza e sull’esperienza dell’operatore che saprà regolare costantemente i parametri di processo.
Potendo evitare un approccio per tentativi, che risulta sicuramente costoso e che richiede tempo, e avendo invece a disposizione un’affidabile valutazione della sensibilità dei parametri di processo, l’additive manufacturing diventerebbe un metodo produttivo robusto.
Esempio dei software di simulazione di MSC Software. Rottura in funzione della direzione di stampa.
CONTROLLARE E OTTIMIZZARE IL PROCESSO
e-Xstream engineering, azienda di MSC Software (www.mscsoftware.com/it), ha recentemente sviluppato uno strumento di simulazione all’interno della suite Digimat per la modellazione dei processi di sinterizzazione laser selettiva e fused deposition modelling. Questa soluzione consente agli ingegneri di progettare componenti in 3D printing che rispondano a tutti i requisiti dimensionali e strutturali, tenendo conto delle specificità della tecnologia di stampa scelta. L’approccio proposto alla modellazione dell’additive manufacturing è basato su tre aspetti strettamente connessi, qui di seguito sinteticamente descritti.
- Material Engineering: la capacità di progettare nuovi materiali la cui microstruttura e proprietà fisiche siano conformi sia con i requisiti della tecnologia additive manufacturing sia con l’applicazione finale;
- Simulazione di processo: la possibilità di ottimizzare i parametri di stampaggio per migliorare l’accuratezza dimensionale e la finitura della superficie, riducendo il tempo di produzione e prevedendo, allo stesso tempo, stress e tensioni residue;
- Valutazione e ottimizzazione della prestazione dei componenti: la capacità di simulare la risposta meccanica del componente per migliorarne la forma e la strategia di stampaggio, comprese le dimensioni reali al termine della produzione, i difetti indotti dal processo e le proprietà locali dei materiali.
Al fine di accelerare l’adozione dell’additive manufacturing da parte del settore aerospaziale e automobilistico vengono richiesti strumenti che integrino l’analisi strutturale e la progettazione del materiale, per consentire design innovativi che consentano di cogliere l’obbiettivo, oggi imprescindibile, di una maggiore efficienza energetica nella produzione e nell’uso del prodotto finale. I feedback ottenuti sperimentalmente non sono sufficienti a costruire un flusso di lavoro affidabile. Avere il controllo del processo è certamente la chiave per raggiungere i requisiti dimensionali e strutturali desiderati del componente 3D.
Un video sul tema specifico trattato nell’articolo è disponibili al link https://vimeo.com/171574162/4257a99d04.
Esempio dei software di simulazione di MSC Software. Gradiente termico durante la stampa di un componente in tecnologia FDM.