A Study on the Use of XCT and FEA to Predict the Elastic Behavior of Additively Manufactured Parts of Cylindrical Geometry

Autori: F. Esposito · A. Gatto · E. Bassoli · L. Denti


Articolo scientifico realizzato in cooperazione con UNIMORE - Università degli studi di Modena e Reggio Emilia.
Il relativo progetto di ricerca è stato sviluppato quasi integralmente all'interno dei laboratori TEC Eurolab, con particolare focus sull’interazione tra Tomografia Industriale Computerizzata e simulazione ad elementi finiti con il supporto di prove sperimentali quali analisi chimiche, prove di trazione strumentate, ultrasuoni, ecc.

 
A Study on the Use of XCT and FEA to Predict the Elastic Behavior of Additively Manufactured Parts of Cylindrical Geometry

Abstract

Definire criteri generali per l'accettabilità di difetti all'interno di componenti industriali è spesso complicato, poiché le specifiche condizioni di carico e la criticità dell'applicazione devono essere considerate singolarmente. Al fine di minimizzare il rischio di rottura di un componente, spesso elevati fattori di sicurezza sono comunemente adottati durante la progettazione ed il controllo di qualità. Tuttavia questa pratica può causare il rifiuto di componenti i cui difetti sarebbero invece accettabili se si potesse avere una conoscenza più approfondita del comportamento del componente finito.
Le parti prodotte dalla produzione additiva (AM) possono presentare vari difetti, inclusi micro o macro porosità, cricche dovute a tensioni residue e discontinuità microstrutturali.
Tali processi, che sono particolarmente adatti per lo studio e la realizzazione di singoli componenti o di lotti a bassa numerosità, richiedono ispezioni robuste e affidabili prima che una parte sia accettata o rifiutata, dal momento che il rifiuto di una sola parte alla fine del il processo di produzione rappresenta una perdita significativa. Per questo motivo, risulta essere utile simulare in modo affidabile il comportamento in esercizio del componente per verificare se il difetto è davvero dannoso per il corretto funzionamento della parte durante il funzionamento e se il componente può ancora essere usato, nonostante la presenza del difetto stesso.
A questo scopo, l’articolo evidenzia i vantaggi di un'interazione sinergica tra Tomografia Industriale Computerizzata a raggi X (iCT) e analisi degli elementi finiti (FEA). Difetti interni dovuti al processo di produzione additiva all'interno dei componenti possono essere identificati in modo non distruttivo tramite iCT. Quindi l’analisi FEA può essere eseguita sul modello virtuale basato sul modello del componente reale ricavato da iCT, piuttosto che sulla geometria CAD ideale.
Qui viene proposta una dimostrazione di questo approccio su alcuni componenti di riferimento prodotti in una lega di alluminio tramite Additive Manufacturing con difetti noti.
Dai risultati numerici della proposta combinata iCT-FEA la procedura mette in relazione tali risultati con i dati sperimentali dei test di trazione strumentati. I risultati sostengono l'affidabilità del metodo e consentono di valutare la sua completa precisione per parti di geometria cilindrica progettate per operare nel campo elastico. Lo studio si muove un passo oltre i limiti di applicazione attuali della tomografia industriale computerizzata per parti prodotte in AM ed evidenzia la possibilità di estendere l'uso di tale tecnologia innovativa ai test di accettazione e alla previsione del comportamento operativo.
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