Residual stress profiling of multifunctional coatings on additively manufactured polymeric substrates

Coatings can provide multiple functionalities in many different industries. They improve many properties of a part such as its wear resistance, corrosion resistance, photodegradation, biocidal/biocompatible behavior, conductivity, reflectivity, electromagnetic shielding, etc. However, coating processes induce residual stresses in the material, significantly impacting the mechanical properties. Accurate evaluation of these stresses is crucial and can be achieved using the Focused Ion Beam-Digital Image Correlation (FIB-DIC) annular milling technique. This semi-destructive method involves the relaxation of tensions through the gradual annular removal of material. By examining the surface of the island created using SEM imaging, strain relief trends can be obtained through digital image correlation (DIC) analysis. The stress profile can then be reconstructed using eigenstrain theory in conjunction with finite element modeling. This project measures the residual stresses of Ti6Al4V, Stainless Steel 316 and TiN-Cu coatings produced by Physical Vapor Deposition (PVD) on polymeric substrates fabricated through additive manufacturing. The substrates consist of Acrylonitrile Styrene Acrylate (ASA), both with and without the inclusion of Cu microparticles.

I rivestimenti possono fornire molteplici funzionalità in molti settori diversi. Migliorano molte proprietà di un componente, come la sua resistenza all’usura, alla corrosione, alla fotodegradazione, al comportamento biocida/biocompatibile, la sua conduttività, riflet tività, schermatura elettromagnetica, ecc. Tuttavia, i processi di rivestimento inducono sollecitazioni residue nel materiale, influendo in modo significativo sulle proprietà mec caniche. Una valutazione accurata di queste sollecitazioni è fondamentale e può essere ottenuta utilizzando la tecnica di fresatura anulare Focused Ion Beam-Digital Image Cor relation (FIB-DIC). Questo metodo semi-distruttivo comporta il rilassamento delle ten sioni attraverso la graduale rimozione anulare del materiale. Esaminando la superficie dell’isola creata con l’imaging SEM, è possibile misurare il rilascio delle sollecitazioni tramite l’analisi di correlazione delle immagini digitali (DIC) e il profilo delle sollecitazioni può essere ricostruito utilizzando la teoria delle deformazioni proprie con l’aiuto della modellazione degli elementi finiti. Questo progetto misura le tensioni residue di rivestimenti in Ti6Al4V, acciaio inossidabile 316 e TiN-Cu prodotti tramite deposizione fisica da vapore (PVD) su substrati polimerici realizzati tramite produzione additiva. I substrati sono costituiti da Acrilonitrile Stirene Acrilato (ASA), sia con che senza l’inclusione di microparticelle di Cu.