Development of vibratory finishing systems for the internal surfaces of additive manufacturing parts

In the present work of thesis, a new type of round bowl vibratory finishing machine, capable of deburring and finishing walls of internal channels of 3D printed objects, is developed. After a brief overview on the mass finishing processes, focusing on the vibratory finishing process and on the media and compound used, the system under investigation is approximated as a cantilever beam (rod) with a lumped element (fittings and workpiece) at its free end. First of all, a model of the system is carried out by means of finite elements technique. Then, the dynamics of the system is analyzed, observing its natural frequencies, mode shapes and frequency response function due to an imposed displacement at the clamped end resulting from machine vibration. Furthermore, starting from a base configuration, the dynamics of the system is studied varying the working parameters (rod length, workpiece angular position and eccentric mass entity). Moreover, a CFD analysis of the abrasive material flow around the workpiece and inside its channels is attempted, highlighting limitations of this technique. Finally, an experimental approach is presented and system future developments are proposed.

Nel presente lavoro di tesi, un’innovativa macchina a vasca tonda per vibro-finitura (vibratore circolare), in grado di sbavare e rifinire le pareti interne di canali di oggetti ottenuti mediante stampa 3D (additive manufacturing), è sviluppata ed analizzata. Dopo aver fornito una breve panoramica sui vari processi di finitura di massa esistenti, focalizzando l’attenzione sul processo di vibro-finitura e sulle diverse tipologie di abrasivo e composti utilizzati, il sistema in esame viene schematizzato come una trave a sbalzo (asta) con un elemento concentrato (supporti e pezzo da lavorare) in corrispondenza della sua estremità libera. Dapprima, mediante il metodo degli elementi finiti, viene realizzato un modello del sistema. Successivamente, viene analizzata la dinamica di tale sistema, valutandone frequenze proprie, modi di vibrare e funzione di risposta in frequenza a seguito di un cedimento vincolare generato all’estremità incastrata dell’asta dalla vibrazione della macchina. Inoltre, considerata una configurazione base del sistema, l’influenza dei parametri di lavoro (lunghezza dell’asta, posizione angolare del pezzo ed entità di massa eccentrica) sulla dinamica del sistema è discussa. In aggiunta, una descrizione fluidodinamica, effettuata mediante analisi CFD, del flusso di abrasivo attorno al pezzo da lavorare e all’interno dei canali in esso presenti viene affrontata, evidenziandone i limiti. Infine, viene presentato un approccio sperimentale e vengono proposti possibili sviluppi futuri del sistema.