Progettazione e realizzazione di un sistema prototipale per SLM e caratterizzazione dei primi componenti in acciaio inossidabile AISI 316L

Additive manufacturing techniques are experiencing a considerable success in many industrial applications and particularly during the last decade they spread rapidly. This is mainly due to the achievement of a certain degree of maturity of this technology, which for many applications is already configured as a viable alternative compared to conventional processing technologies (ex. casting, turning, milling, etc.). In fact, additive manufacturing systems permit the production of very complex shapes, using only the amount of material necessary to the process and therefore greatly limiting wastage. Among the many techniques of additive manufacturing existing today, one of the most promising showed to be Selective Laser Melting, which in recent years has achieved a lot of success in both academic and industrial applications. Recently, Politecnico di Milano has bought a machine for SLM that is able to realize components of large size and very complex geometry, but its use appears to be characterized by high costs, in particular due to the large amounts of powder required. This thesis illustrates the design and realization of an SLM prototype system that allows to create samples using only small batches of powders, to study the ability to process new materials and to make a first evaluation of the process parameters. This device wants to replace an existing prototype, presenting a new design and new features, such as a working chamber with controlled atmosphere and the possibility to realize a completely automatized SLM process. The whole system has been tested with the realization of some samples of AISI 316L stainless steel, studied considering various properties, including microstructure, density and chemical composition. These results are presented along with some case studies, intended as comparison examples.

Le tecniche di fabbricazione additiva, note col nome di Additive Manufacturing, stanno riscuotendo un notevole successo in molte applicazioni di lavorazione industriali ed in particolare durante l’ultimo decennio hanno visto una grandissima diffusione. Ciò è dovuto principalmente al raggiungimento di un certo grado di maturità di questa tecnologia, che per molte applicazioni si configura già come una valida alternativa rispetto alle tecnologie di lavorazione convenzionali (es. fusione, tornitura, fresatura, ecc.). Infatti, i sistemi di fabbricazione additiva consentono di realizzare forme molto complesse, utilizzando solo la quantità di materiale necessario alla lavorazione e quindi limitando notevolmente gli sprechi. Fra le numerose tecniche di produzione additiva oggi esistenti, una delle più promettenti risulta essere Selective Laser Melting, che negli ultimi anni ha ottenuto molti consensi sia in ambito accademico che in ambito industriale. Recentemente, il Politecnico diMilano ha acquistato una macchina per SLM che è in grado di realizzare componenti di grandi dimensioni e dalla geometria molto complessa, ma il suo utilizzo risulta essere caratterizzato da costi elevati, in particolare per le ingenti quantità di polvere necessaria. Questa tesi illustra la progettazione e la realizzazione di un sistema SLM prototipale che consenta di realizzare dei campioni anche avendo a disposizione piccoli batch di polveri, di studiare la capacità di processare nuovi materiali e di fare una prima valutazione dei parametri di processo. Questo sistema va a rimpiazzare un prototipo già esistente, rispetto al quale presenta un nuovo design e nuove funzionalità, come ad esempio una camera di lavoro ad atmosfera controllata e la possibilità di realizzare il processo SLM in maniera completamente automatizzata. L’intero sistema è stato testato con la realizzazione di alcuni campioni di acciaio inossidabile AISI 316L, dei quali sono state studiate le diverse proprietà tra cui la microstruttura, la densità e la composizione chimica. Questi risultati sono presentati insieme ad alcuni casi di studio, che sono riportati come termine di paragone.