Abrasive water jet technology for ceramic sponge precision cutting

In the past few years a new class of materials with great potential applications has emerged. Ceramic sponges are suitable for some particular chemical applications requiring an high surface-to-volume ratio along with high hardness and thermal resistance. At this time any work on sinterized ceramic sponges is carried out with a diamond saw tool, but this kind of machining is expensive, slow and does not allow to obtain complex shapes. Waterjet technology has an extreme flexibility in machining various materials and geometries and it leaves limited side effects on the final part. These distinctive features are ideal for machining a material like ceramic sponge. This dissertation illustrates the solutions that we adopted to solve the issues that have arisen during this work. Ceramic sponges are very hard but still extremely fragile, therefore a binding method has been used before the cut, thus the water jet would not damage the bottom part of the component. The aim of this work is to obtain a component ready to use, therefore the respect of the tolerances is essential. In order to achieve this purpose, a compensation model has been calibrated and used to minimize jet lag and taper effects, which are typically the main causes of geometrical errors on components manufactured by the waterjet technology. The binding system and the calibrated compensation model have been tested in order to verify their potential and reliability. Experimental results are presented along with some examples to show the potential of the techniques adopted in this work.

Negli ultimi anni e' emersa una nuova tipologia di materiali con grandi potenzialita' applicative. Le spugne ceramiche sono adatte per alcune specifiche applicazioni ingegneristiche in campo chimico che richiedono un elevato rapporto di superficie su volume, insieme ad un'elevata durezza e resistenza termica. Fino ad oggi qualsiasi lavorazione su spugne ceramiche gia' sinterizzate e' stata realizzata mediante utensili diamantati, ma questo tipo di processo e' costoso, lento e non permette di ottenere forme complesse. La tecnologia waterjet e' estremamente flessibile sia per quanto riguarda la lavorazione di diversi materiali che per le geometrie ottenibili; inoltre lascia effetti collaterali limitati sul componente realizzato. Per la lavorazione di un materiale come le spugne ceramiche queste caratteristiche distintive sono ideali. In questa tesi vengono illustrate le soluzione che sono state adottate per risolvere le problematiche sorte durante il lavoro svolto. Nonostante le spugne ceramiche siano molto dure, sono anche caratterizzate da un'elevata fragilita', per questo motivo e' stato necessario l'utilizzo di un processo di inglobamento in modo da non permettere al getto d'acqua di danneggiare la parte inferiore del componente. Lo scopo di questo lavoro e' l'ottenimento di un componente pronto alla messa in opera, per questo motivo il rispetto delle tolleranze e' essenziale. Per il raggiungimento di questo obiettivo e' stato calibrato ed utilizzato un modello di compensazione che ha permesso di ridurre gli effetti del jet lag e del taper, ovvero le principali cause dei difetti geometrici riscontrabili su componenti realizzati mediante la tecnologia waterjet. Il processo di inglobamento cosi' come il modello di compensazione sono stati entrambi testati in modo da verificarne l'efficacia e l'affidabilita'. Sono presentati i risultati sperimentali insieme ad alcuni esempi per dimostrare le potenzialita' delle tecniche utilizzate nel corso di questo lavoro.La tecnologia waterjet e' estremamente flessibile sia per quanto riguarda la lavorazione di diversi materiali che per le geometrie ottenibili; inoltre lascia effetti collaterali limitati sul componente realizzato. Per la lavorazione di un materiale come le spugne ceramiche queste caratteristiche distintive sono ideali. In questa tesi vengono illustrate le soluzione che sono state adottate per risolvere le problematiche sorte durante questo lavoro. Nonostante le spugne ceramiche siano molto dure, sono anche molto fragili, per questo motivo è stato necessario l'utilizzo di un processo di inglobamento in modo da non permettere al getto d'acqua di danneggiare la parte inferiore del componente. Lo scopo di questo lavoro e' l'ottenimento di un componente pronto alla messa in opera, per questo motivo il rispetto delle tolleranze è essenziale. Per il raggiungimento di questo obiettivo e' stato calibrato ed utilizzato un modello di compensazione che ha permesso di ridurre gli effetti del jet lag e del taper, ovvero le principali cause dei difetti geometrici riscontrabili sui componenti realizzati mediante la tecnologia waterjet. Il processo di inglobamento cosi' come il modello di compensazione sono stati entrambi testati in modo da verificarne l'affidabilita' e le potenzialita'. Sono presentati i risultati sperimentali insieme ad alcuni esempi per dimostrare le potenzia lita' delle tecniche utilizzate nel corso di questo lavoro.