Continuous fiber manufacturing for composite materials 3D printing. Methods for process flaws detection through sensor implementations on robotic manipulators.

Continuous Fiber Manufacturing is an innovative additive manufacturing process able to produce parts made of composite materials and characterized by complex geometries and superior mechanical performance. This technology makes use of robotic manipulators to carefully arrange pre-impregnated fiber filaments as required. Aimed at becoming an efficient and completely automated industrial process, sensors and actuators have to be inserted so that the process behaves reliably even in the presence of faults. This thesis work has the purpose of finding a way to detect process errors and faults during production stage, so as to be able to conveniently correct them. Two auxiliary devices have been added to the process and tested for reliability: a filament sensor and a laser-triangulation 3D camera. The implementation of a filament sensor proved to be able to detect faults related to blockages or unproper flowing of the fiber, whereas the laser-triangulation camera has been useful to identify dimensional inaccuracies of the printed product. Based on the measurements retrieved from the camera, an auxiliary system has been developed so as to intervene in the process with a layer-wise logic and to counteract the detected errors acting on the reference trajectories of the following layers.

Continuous Fiber Manufacturing è il nome di un innovativo processo di manifattura additiva, capace di produrre parti in materiale composito, caratterizzati da geometrie complesse e proprietà meccaniche elevate. Tale tecnologia impiega manipolatori robotici con lo scopo di disporre attentamente fasci di fibra pre-impregnati laddove richiesto da specifiche. Finalizzato a diventare un processo industriale efficiente e completamente automatizzato, il processo richiede l'inserimento di sensori ed attuatori capaci di renderlo affidabile anche in presenza di difetti e guasti. Scopo di questo lavoro di tesi è trovare una strada praticabile per il rilevamento di errori di produzione o di guasti, così da poterli opportunamente correggere durante la fase di produzione. A tale scopo, due dispositivi ausiliari sono stati introdotti nel processo per testarne l'affidabilità: un sensore di filamento e una fotocamera 3D a triangolazione laser. L'introduzione di un sensore di filamento si è dimostrata in grado di rilevare errori di processo e guasti relativi al blocco o allo scorrimento non appropriato del fascio di fibre, mentre la fotocamera a triangolazione laser è stata utile nell'identificare inaccuratezze dimensionali del pezzo stampato. Basandosi sulle misurazioni effettuate dalla fotocamera, è stato sviluppato un sistema ausiliario al processo capace di intervenire nella produzione con una logica a strati e di contrastare gli errori rilevati andando ad agire sulle traiettorie di riferimento relative agli strati successivi.