Development and optimization of a micro laser metal-wire deposition system for additive manufacturing

In the recent years, additive manufacturing (AM) has gained more and more attention especially for the manufacturing of complex-shaped metal components. Hence the need for continuous development of increasingly high performance systems, thanks to which the manufacturing of micro features is possible. For the purpose of manufacturing stainless steel thin walls, in this thesis work, a micro laser metal wire deposition (µLMWD) system has been developed and optimized. At the beginning, the process has been studied in the case of the single layer deposition, using the design of experiment (DOE) methodology, with the aim of optimizing the performances of the system and for understanding how the process parameters influence the deposition. After that, starting from the results obtained in the first analysis, the study of the multi-layers deposition has been elaborated. Such process has proven to be extremely flexible: in fact, it has been possible to manufacture thin walls free from defects (whose widths range from 700 to 900 µm), as well as different geometries (such as wings and cylinders). Finally, the deposition efficiency of the process has been analytically modeled and experimentally evaluated, finding values up to 99%.

Negli ultimi anni, le tecnologie additive hanno acquisito sempre più attenzione soprattutto nella produzione di componenti metallici di forma complessa. Per questo motivo, è sorta la necessità di sviluppare sistemi sempre più performanti e che permettano la realizzazione di caratteristiche micro. Al fine di produrre pareti sottili, in questo lavoro di tesi è stato sviluppato e ottimizzato un sistema per la deposizione laser diretta di metallo tramite filo. Inizialmente, il processo è stato studiato nel caso della deposizione del singolo strato, utilizzando appropriate tecniche di progettazione degli esperimenti, con lo scopo di ottimizzare le prestazioni del sistema e per capire l’influenza che i parametri di processo hanno sulla deposizione. Dopodiché, partendo dai risultati ottenuti dalla prima analisi, si è approfondito lo studio del processo di deposizione multistrato. Tale processo si è mostrato estremamente flessibile: infatti, è stato possibile produrre pareti sottili prive di difetti (le cui larghezze variano dai 700 ai 900 µm), così come pezzi di diverse geometrie (come, ad esempio, alette o cilindri). Infine, l'efficienza di deposizione del processo è stata modellata analiticamente e valutata sperimentalmente, ottenendo valori che hanno raggiunto la soglia del 99%.