Design for additive manufacturing : sviluppo e progettazione di un prototipo in laser metal deposition di scarico motociclistico

In this this thesis, thanks to a case study for a motorbike header, new design strategies and guidelines for Laser Metal Deposition (LMD) are explored. The traditional methods for the production of these kind of product is characterised by the presence of molds and and bending tools that, especially in the prototyping phase, signify a big investment for the company. It has an impact also for time to market due to the waiting time of the production tools. Additive Manufacturing (AM) is able to solve the problems of time, costs and flexibility for prototyping as well as reducing the number of components and therefore simplify the assembly process. The technology that better perform the production of the case study is the Directed Metal Deposition LMD. This is an innovative process and nowadays there are few industrial application, moreover a knowhow in the “design for” is not diffuse. For these reason, with the purpose of finding new rules that could be useful for the production, printing tests for the geometry of the header have been made . The design work started with the objectives definition, after that a new operative phase is characterised by tests, that precede the construction of the final component. Parts has been examinated with laser scanning and the results compared to the mathematic models, in order to evaluate some modifications and qualify the process. The results were useful to find new guidelines for the production and design of thin wall geometries; they also testify the feasibility of this kind of production as well as the future potential of the techonology in industrial applications.

In questo lavoro vengono esplorate nuove strategie di stampa e linee guida per la progettazione in Laser Metal Deposition (LMD) tramite un caso studio di redesign di un collettore di scarico motociclistico. Il metodo produttivo tradizionale di questi prodotti necessita dell’utilizzo di stampi e matrici che, in fase di prototipazione, si traducono un investimento importante per l’azienda, oltre a rendere meno flessibile il time to market del prodotto a causa dei lunghi tempi d’attesa delle attrezzature. L’additive manufacturing (AM) è in grado di offrire una soluzione ai problemi di tempistiche, costi e flessibilità durante la prototipazione, di ridurre il numero di componenti e quindi semplificare il processo di assemblaggio. Tra tutte le tecnologie additive quella che più si presta per l’oggetto in questione è quella a deposizione diretta di metallo LMD. Essendo questo processo molto innovativo e al momento con poche applicazioni industriali, non esiste un know how diffuso nella progettazione ottimizzata per questa tecnologia; sono stati quindi eseguiti una serie di test e prove di stampa sulle geometrie principali che caratterizzano lo scarico, con l’obbiettivo di raccogliere regole utili alla sua fabbricazione. Il lavoro di redesign si è diviso in una parte iniziale di definizione degli obbiettivi progettuali, per poi passare a una operativa caratterizzata da una serie di test che hanno portato alla stampa finale del componente. Le parti prodotte sono state poi esaminate tramite scansioni laser e confrontate con i modelli matematici in modo da qualificare il processo e valutare future modifiche. I risultati ottenuti hanno permesso da una parte di ottenere delle linee guida per la produzione di geometrie a parete sottile, dall’altra testimoniano la possibilità di stampare il prodotto in questione e confermano le potenzialità future di questa tecnologia in ambito industriale.