Validation of the SINTAP/FITNEP procedure for AlSi10Mg produced by SLM

Additive Manufacturing (AM) makes possible the manufacturing of complex geometries which are impossible to obtain with the traditional technologies. Because of the novelty of this technology, new tools for the component assessment should be implemented and validated. Typically, the manufactured products are characterized by lack of fusion, porosity, anisotropy and residual stresses due to the thermal gradient during the process. All these effects should be accounted to implement a safe assessment for the component. In this thesis, the attention is particularly focused on the static assessment considering the presence of internal defects. The used alloy is the Aluminum AlSi10Mg processed with the selective laser melting (SLM). The present work has the objective to verify the validity of failure assessment diagram (FAD) and crack driving force (CDF) described in the SINTAP/FITNET procedure for the Aluminum AlSi10Mg. The FAD is a non-dimensional diagram in which two possible failure modes are considered, one is the fracture toughness and the other is the plastic collapse or failure due to static loading. To acquire the mechanical properties of the Aluminum AlSi10Mg for constructing the FAD, static tensile tests and fracture toughness tests were performed in the laboratories of Politecnico di Milano and are herein presented. In addiction, a series of validation tests on cracked bending specimens are used to validate the definition of FAD reported in literature. For computing the ligament yielding (Lr), the existing definition in literature of the FAD uses as limit load the yield strength. For brittle materials this definition for limit load is arguable and a verification of this parameter is carry out by Finite Element Analysis (FEA). To overcome the limitation on the Lr and to verify the consistency of the used K-factor, FE analyses were performed on relevant cases. From the extracted data of FEA, the error in the K-factor estimation was quantified and the ligament yielding was redefined using as limit load the plastic failure one. Furthermore, a MATLAB sub routine was implemented to calculate the failure load with the aim to avoid a demanding FE simulation for computing it.

Con l’utilizzo dell’ Additive Manufacturing è possibile riprodurre geometrie complesse che sono impossibili da fabbricare con la tecnologie tradizionali. Per via della novità della tecnologia, nuove verifiche sugli organi meccanici devono essere implementate e validate. Tipicamente i prodotti lavorati con AM sono caratterizzati da mancanza di fusione di alcune zone, dalla porosità, dall’anisotropia, e dalla presenza di sforzi residui causati dal gradiente termico durante il processo. Tutti questi effetti dovrebbero essere considerati nell’implementare una verifica sul componente meccanico. Nel presente elaborato, l’attenzione si concentra su una verifica statica considerando la presenza di difetti interni. La lega studiata è AlSi10Mg lavorata con il selective laser melting.(SLM). L’obietivo di questo lavoro è di validare il failure assessment diagram (FAD) e la crack driving force (CDF) descritte nella procedura SINTAP/FITNET per l’Alluminio AlSi10Mg prodotto con la tecnologia del selective laser melting (SLM). Il failure assessment diagram è un diagramma adimensionale nel quale si verificano due modalità di rottura: una è la tenacità a frattura e l’altra è il collasso plastico. Per acquisire le proprietà meccaniche dell’Alluminio AlSi10Mg indispensabili per la costruzione del FAD, sono state effettuate prove di trazione statiche e prove di tenacità a frattura. Ulteriori test su provini criccati sono stai utilizzati per validare la definizione di FAD presente in letteratura. Per calcolare il ligament yielding (Lr) , la definizione esistente in letteratura utilizza come carico limite lo sforzo di snervamento. Per materiali fragili questo carico limite è discutibile e una verifica di questo parametro è effettuata tramite l’analisi ad elementi finiti . Per superare il limite su Lr e per verificare la correttezza del K-factor utilizzato, alcune simulazioni ad elementi finiti sono implementate su casi rilevanti. Dai dati estratti dalle analisi, si è stimato l’errore sul K-factor e si è ridefinito il ligament yielding usando come carico limite il carico di rottura. Inoltre, si è implementata una sub routine in MATLAB per calcolare il carico limite con lo scopo di evitare una simulazione ad elementi finiti.