3D-printed titanium accelerometers

This thesis work focuses on the design and fabrication of centimeter-sized 3D printed accelerometer prototypes. A general overview of the involved Selective Laser Melting technology is provided, as well as the expected properties of the printed material. Six pieces were fabricated in total: three arrays of cantilever beams and three accelerometers. The cantilevers mechanical response was used to better understand the material behavior, while the accelerometers can be considered a first attempt to make a functioning sensor. After the main geometry design choices are laid out, experimental test and results are discussed. Sensor excitation was provided by a mechanical shaker, while displacement measurements were carried out by a high speed camera. Once tests were completed, cross sections of the cantilever beams were cut out, polished and examined under a SEM microscope. An initial device underperformance was found to be caused by a reduced effective cross section of the 3D printed springs. Future works will likely need to compensate for this reduction in the design steps.

Questo lavoro di tesi si incentra sul designe e sulla fabbricazione di prototipi di accelerometri stampati 3D sulla scala dei centimetri. Viene dato un quadro generale della tecnologia SLM e delle proprietà attese del materiale stampato. Sei pezzi sono stati prodotti in totale: tre pettini di travi a sbalzo e tre accelerometri. La risposta meccanica delle travi a sbalzo è stata usata per comprendere meglio il comportamento meccanico del materiale, mentre gli accelerometri possono essere considerati un primo prototipo di sensori funzionanti Dopo aver esposto le principali scelte sulla geometria, vengono discussi i test sperimentali e i loro risultati. I sensori sono stati eccitati da uno shaker meccanico, mentre gli spostamenti sono stati misurati da una telecamera ad alta velocità. Dopo aver completato i test, le travi sono state sezionate ed esaminate sotto un microscopio SEM. Un apparente peggioramento delle qualità meccaniche del materiale si può spiegare con uno spessore ridotto della sezione delle travi stampate. In futuro sarà necessario compensare per questa riduzione nelle fasi di progettazione.