New applications of peening treatments on product design : 3D-printed shots for surface patterning

When interacting with physical objects, we always first experience its surface through our senses, mainly by seeing and touching. This is one of the reasons why product designers take great care not only on the main shape of the product, but also on its surface finishing. Colour, texture, patterns and roughness are the parameters to consider in the surface finishing of a product. This research is the first step in the proposal for a new application of peening processes on polymers, for product design. Shot peening is a surface treatment exclusively applied to metals (and rarely to ceramics) in which steel or ceramic spherical shots are impacted against the surface of a component in order to enhance its mechanical properties. Nevertheless, some companies have realized its aesthetical value on product manufacturing. On the other hand, polymers are one of the most widely used materials in commercial products due to their range of aesthetical and mechanical properties, availability, and manufacturing possibilities. The use of polymers brings in a new range of possibilities for the application of shot peening; because of the notable difference in the stiffness of metallic shots and the majority of the polymers, shot peening can be used to effectively modulate the surface patterns on polymer materials. With the advancement in manufacturing processes, it is now possible to create shots with different shapes other than the traditional spherical ones. Additive manufacturing paves the way to expand the design options of the shots in order to achieve more complex patterns on the polymer’s surface. This study, with the help of previous researches, design and selection of shot geometry, CAD modelling, FEM computer simulations and additive manufacturing of metallic shots, intends to establish a process proposal that seeks to provide new surface textures on polymers through the application of an scalable method analogous to shot peening.

Quando interagiamo con oggetti fisici, come prima cosa esploriamo la superficie attraverso i nostri sensi, principalmente vedendo e toccando. Questo è uno dei motivi per cui i product designers prestano molta attenzione non solo alla forma del prodotto, ma anche alla sua finitura superficiale. Colore, texture, patterns e rugosità sono i parametri da considerare nella finitura superficiale di un prodotto. Questa ricerca è il primo passo per la proposta di una nuova applicazione di processi di ‘peening’ sui polimeri, per la progettazione del prodotto. Lo ‘shot peening’, o pallinatura, è un trattamento superficiale applicato esclusivamente ai metalli (e raramente alla ceramica) in cui della graniglia sferica di acciaio o ceramica viene urtata contro la superficie di un componente al fine di migliorarne le proprietà meccaniche. Inoltre, alcune aziende, ne hanno compreso anche il valore estetico nella manifattura dei prodotti. D’altra parte, i polimeri sono uno dei materiali più utilizzati nei prodotti commerciali grazie alla loro gamma di proprietà estetiche e meccaniche, disponibilità e possibilità di produzione. L’uso dei polimeri offre una nuova gamma di possibilità per l’applicazione della pallinatura; per via della notevole differenza nella rigidità dei colpi metallici e della maggior parte dei polimeri, la pallinatura può essere utilizzata per modulare efficacemente i pattern superficiali sui materiali polimerici. Con l’evoluzione dei processi produttivi, è ora possibile creare getti con forme diverse da quelle tradizionali sferiche. La manifattura additiva apre la strada per espandere le opzioni di progettazione della graniglia al fine di ottenere modelli più complessi sulla superficie del polimero. Questo studio, con l’aiuto di ricerche precedenti, progettazione e selezione della geometria delle particelle di graniglia, modellazione CAD, simulazioni al computer FEM e produzione additiva di getti metallici, intende stabilire una proposta di processo che cerca di fornire nuove trame superficiali sui polimeri attraverso l’applicazione di un metodo scalabile analogo alla pallinatura.