This thesis work is intended to present the role of additive manufacturing of metals in the current industrial landscape and perspective for the future steps of this technology. Advantages in terms of design freedom, products performances and environmental impact are described as well as the limiting factors to the widespread adoption of 3d printing as consolidated production process. The first part is focused on the principal technologies, materials properties and optimization techniques available in terms of weight reduction and enhanced performances of built parts. Then, the drawbacks related to the few standardizations currently developed as well as the intrinsic variability of the process optimization for many applications is described. A procedure for the assessment of the final part quality is proposed as well as the use of a non-conventional geometry in order to check if parameters commonly used for industrial AM processes are suitable also for 3D lattices and fine features. The last part is a review of 2xxx Series aluminum alloy for SLM technology: Al-Cu high-strength alloy could exploit at it best the potential of additive manufacturing due to its outstanding strength-to-weight ratio. Despite the hot crack issues related to the longer solidification times of the melt pool, has been proved the producibility of defects free, full dens parts. Conclusions recap three main fields which require research and efforts in order to allow additive manufacturing to be competitive with respect to the conventional production methods: diffusion of culture of Design for Additive Manufacturing, more standardizations and qualifications procedures for final parts, wider availability of suitable materials.
Questo lavoro di tesi intende presentare il ruolo della manifattura additiva di metalli nell'attuale panorama industriale e la prospettiva per i futuri sviluppi di questa tecnologia. Vengono descritti i principali vantaggi in termini di libertà di progettazione, prestazioni del prodotto e impatto ambientale, nonché i fattori limitanti all'adozione diffusa della stampa 3D come processo di produzione consolidato. La prima parte è incentrata sulle principali tecnologie, sulle proprietà dei materiali e sulle tecniche di ottimizzazione disponibili in termini di riduzione del peso e miglioramento delle prestazioni dei componenti realizzati. Quindi, vengono descritte le problematiche relative alle poche standardizzazioni attualmente sviluppate e alla variabilità intrinseca dell'ottimizzazione del processo per molte applicazioni. Viene proposta una procedura per la valutazione della qualità della parte finale e l'uso di una geometria non convenzionale per verificare se i parametri comunemente utilizzati per i processi industriali di AM sono adatti anche nel caso di reticoli 3D e dettagli particolarmente fini. L'ultima parte è una revisione della lega di alluminio serie 2xxx per la tecnologia SLM: la lega ad alta resistenza Al-Cu potrebbe sfruttare al meglio le potenzialità della produzione additiva grazie al suo eccezionale rapporto peso / resistenza. Nonostante i problemi di hot crack relativi ai tempi di solidificazione più lunghi del pool di fusione, è stata dimostrata la producibilità di parti prive di difetti e con densità relativa vicina al 100%. Le conclusioni riassumono tre campi principali che richiedono ricerca e sforzi per consentire alla produzione additiva di essere competitiva rispetto ai metodi di produzione convenzionali: diffusione della cultura del design per la produzione additiva, più procedure di standardizzazione e qualificazione per le parti finali, più ampia disponibilità di materiali appositi.
Assessment of industrial processes for metal additive manufacturing : a review of current landscape and future trends
SCHIAVI, ELIA
2017/2018
Abstract
This thesis work is intended to present the role of additive manufacturing of metals in the current industrial landscape and perspective for the future steps of this technology. Advantages in terms of design freedom, products performances and environmental impact are described as well as the limiting factors to the widespread adoption of 3d printing as consolidated production process. The first part is focused on the principal technologies, materials properties and optimization techniques available in terms of weight reduction and enhanced performances of built parts. Then, the drawbacks related to the few standardizations currently developed as well as the intrinsic variability of the process optimization for many applications is described. A procedure for the assessment of the final part quality is proposed as well as the use of a non-conventional geometry in order to check if parameters commonly used for industrial AM processes are suitable also for 3D lattices and fine features. The last part is a review of 2xxx Series aluminum alloy for SLM technology: Al-Cu high-strength alloy could exploit at it best the potential of additive manufacturing due to its outstanding strength-to-weight ratio. Despite the hot crack issues related to the longer solidification times of the melt pool, has been proved the producibility of defects free, full dens parts. Conclusions recap three main fields which require research and efforts in order to allow additive manufacturing to be competitive with respect to the conventional production methods: diffusion of culture of Design for Additive Manufacturing, more standardizations and qualifications procedures for final parts, wider availability of suitable materials.| File | Dimensione | Formato | |
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