Design and experimental characterization of unconventional lattice structures produced through selective laser melting

In the aeronautical field, the absorption of loads and vibrations is fundamental, and lattice structures provide a promising solution to address this challenge. This thesis focuses on the study of three lattice structures, named Auxetic Based, Origami Based, and SCH, all fabricated in SS316L using SLM (Selective Laser Melting) technology. The geometries of these structures are unconventional and were derived from two existing studies in the literature. The current research began with the study of the mechanical parameters of the material used, in order to refine a FEM (Finite Element Method) model for the lattice structures. Initially, samples for tensile and bending tests, necessary for material characterization, were printed and tested in compliance with relevant standards. Concurrently, the design phase of complex structures took place, followed by their printing and analysis. In particular, an assessment of the print quality was conducted, involving defect observation and porosity measurement. Subsequently, the FEM model was calibrated to account for both defects and peculiarities of the structures. The experimental phase on the lattice structures included static compression tests to determine their stiffness and yield behaviour. Subsequently, dynamic tests were performed to study the damping properties of the geometries, which represent the core of this thesis. The evaluation was based on the study of the Loss Factor (tan delta), concerning variations in amplitude, frequency, and mean force of the oscillations.

Nel campo aeronautico, l'assorbimento di carichi e vibrazioni è fondamentale e le strutture lattice offrono una soluzione promettente per affrontare questa sfida. Questa tesi si concentra sullo studio di tre strutture lattice, chiamate Auxetic Based, Origami Based e SCH, tutte fabbricate in SS316L utilizzando la tecnologia SLM (Selective Laser Melting). Le geometrie di queste strutture sono non convenzionali e sono state derivate da due studi esistenti in letteratura. Questo lavoro di ricerca è iniziato con lo studio delle caratteristiche meccaniche del materiale utilizzato, con il fine di affinare un modello FEM (Finite Element Method) delle strutture lattice. Inizialmente sono stati stampati e testati provini per prove a trazione e a flessione, in accordo con le normative pertinenti in materia. Contestualmente è avvenuta la fase di design delle strutture complesse, seguita dalla loro stampa e analisi. In particolare, è stata condotta una valutazione della qualità di stampa comprensiva dell'osservazione dei difetti e della misurazione della porosità. Successivamente, il modello FEM è stato calibrato per tenere conto sia dei difetti sia delle peculiarità delle strutture. La fase sperimentale dello studio delle strutture lattice ha incluso test statici di compressione per determinarne la rigidezza e il comportamento a snervamento. In seguito sono stati eseguiti test dinamici per studiare le proprietà di smorzamento delle strutture, che costituiscono il nucleo di questa tesi. La valutazione si è basata sullo studio del Loss Factor (tan delta) in relazione alle variazioni di ampiezza, frequenza e forza media delle oscillazioni.