Rapid tooling via FDM for advanced composite manufacturing

The objective of the experimental work carried out in this thesis is to design and manufacture a mould for the autoclave production of high-performance composite components, using additive manufacturing technology. The creation of models through the 3D printing technique allows many advantages when compared with the classic subtractive procedures used for metal molds. On the other hand, such a methodology brings with it problems of different nature that will be analyzed in this thesis. The aim of the following work is to highlight the differences between the two techniques, evaluating and studying the potential of the new technique of production. The mould is made using Fused Deposition Modeling (FDM), an additive construction technique patented by Stratasys. The material used to build the part is UltemTM, a high-performance polymer capable of withstanding high temperatures, certified for aircraft on board use. This work presents a series of design choices that must be considered in the design phase of the piece and proposes some solutions to the problems that may arise during the production process. Among the main topics covered in this thesis we have the choice of printing parameters, the joining of mould pieces, the repair of damaged parts and finally the comparison of composite parts made with different types of moulds.

L’obiettivo del lavoro sperimentale svolto in questa tesi è quello di progettare e realizzare, mediante la tecnologia di stampa additiva, uno stampo per la produzione di componenti in composito ad alte prestazioni in autoclave. La realizzazione di modelli attraverso la tecnica di stampa 3D permette molti vantaggi se confrontata con le classiche procedure sottrattive utilizzate per gli stampi di metallo. D’altro canto, tale metodologia porta con se problematiche di diversa natura che saranno analizzate in questa tesi. L’obiettivo del seguente lavoro è quello di mettere in luce le differenze che intercorrono tra le due tecniche, valutando e studiando le potenzialità della nuova tecnologia di produzione proposta. Lo stampo è realizzato mediante Fused Deposition Modeling (FDM), una tecnica di costruzione additiva brevettata dalla Stratasys. Il materiale utilizzato per costruire la parte è l’UltemTM, un polimero ad alte prestazioni capace di resistere ad alte temperature, certificato per l’utilizzo a bordo di velivoli. Questo lavoro presenta una serie di scelte progettuali che devono essere considerate nella fase di design del pezzo e propone alcune soluzioni ai problemi che si possono presentare durante il processo di produzione. Tra i principali argomenti trattati in questa tesi abbiamo la scelta dei parametri di stampa, la giunzione di pezzi dello stampo, la riparazione di parti danneggiate ed infine il confronto di parti in composito realizzate con le diverse tipologie di stampi.