Stampa 3D metal : prestazioni migliorate di dispositivi magnetici galleggianti abilitati attraverso la produzione di additivi metallici

Stampa 3D in metallo: potenziamento dei sistemi di dispositivi a galleggiamento magnetico

Alla ricerca di soluzioni per “instabilità” nelle strutture delle pareti e guasti nelle parti, il ricercatore di dottorato Bharet Mehta dell’Università di Tecnologia di Chalmers si è rivolto a processi di produzione additiva per migliorare le prestazioni nella produzione. Mehta ha recentemente presentato una tesi, ” Prestazioni migliorate di dispositivi magnetici galleggianti abilitati attraverso la produzione di additivi metallici “, a Chalmers.

L’autore si concentra sulla creazione di una famiglia di dispositivi galleggianti, utilizzando acciaio inossidabile 316L. Con gusci sottili di spessore inferiore al millimetro saldati insieme, le strutture galleggianti metalliche sono pensate per resistere all’attività di instabilità. Mehta spiega che l’obiettivo finale dello studio era quello di creare parti più forti che siano ancora leggere, con la tesi focalizzata solo sulla fusione a letto di polvere (LPBF) basata su laser.

I processi AM sono stati considerati utili a causa della riduzione delle parti durante la produzione e della riduzione dell’assemblaggio, della maggiore precisione e della minore post-elaborazione, flessibilità nella progettazione, rigidità dei materiali e personalizzazione. Mehta ha elencato i limiti tipici: maggiore rugosità superficiale, pochi materiali disponibili, aumento dei tempi di produzione e mancanza di coerenza in termini di qualità.

λ o fattore di instabilità del confronto di sicurezza tra sezioni con diversi irrigidimenti sotto carichi idrostatici: a) λ per un tubo vuoto; b) λ per un tubo con nervature longitudinali; c) λ per un tubo con solo 5 anelli di saldatura; d) λ per un tubo con nervature longitudinali e anelli di saldatura

Durante la sperimentazione, l’aggiunta di rinforzi ha migliorato le prestazioni della parte. Ciò è stato particolarmente efficace quando era richiesta un’elevata resistenza alla deformazione o meno peso.

Effetto del rapporto di Poisson nella selezione di irrigidimenti per gusci sottili: a) rappresentazione del nido d’ape modificato come previsto da stampare sul guscio sottile b) nido d’ape caricato con compressione uniassiale, come mostrato

Grafico di Ashby per riflettere il rapporto resistenza / peso dei tubi con diversi irrigidimenti

Sebbene non tutti i dettagli riguardanti la parte campione siano stati divulgati, Mehta l’ha descritta come una “sezione cilindrica a guscio sottile che viene chiusa mediante saldatura ed è supportata da alcuni rinforzi ad anello per far sì che sopporti i carichi idrostatici”.

“Come modifica alla parte originale, è stata apportata una leggera modifica basata sui risultati della simulazione ANSYS, producendo un design basato sulla simulazione per ispessire gli anelli”, ha affermato Mehta. “Lo stesso è stato fatto per evitare guasti agli anelli e modificare il percorso di carico, al fine di ottenere un errore di instabilità del tipo di pelle”.

È stato anche fabbricato un altro design personalizzato, ma con anelli più spessi e fori più grandi negli anelli, consentendo un peso simile e un miglioramento in termini di instabilità.

Differenza tra irrigidimenti dell’anello originali utilizzati da ABB rispetto a un irrigidimento dell’anello modificato: a) il design dell’anello originale con anelli di spessore 0,5 mm; b) design dell’anello modificato con anelli di 1 mm di spessore con diametro interno maggiore

Diversi concetti di design che sono adatti per AM metallico: a) con alcune piccole sporgenze come rinforzi ad anello; b) con supporti elicoidali come irrigidimenti; c) con favi come irrigidimenti

Sezione galleggiante con solo irrigidimenti ad anello cavo

Progetto finale della sezione del galleggiante con motivi isogridici come rinforzi

Progetto finale della sezione del galleggiante con motivi a nido d’ape come rinforzi

“Come discusso in teoria, la deformazione lineare della parte non era la rappresentazione corretta di ciò che sarebbe effettivamente accaduto quando la parte avesse esito negativo. Questo perché la deformazione idrostatica rappresenta un guasto di plastica e la pressione di collasso viene utilizzata per definire i carichi massimi per il pezzo. Quindi, un design più robusto, che incorporava la non linearità, doveva essere testato e dimostrare le prestazioni del design nella vita reale. È stato scoperto che diversi fattori influenzano le prestazioni mentre si passa a AM e le configurazioni sperimentali sono state definite di conseguenza ”, ha spiegato Mehta.

Risultati ANSYS che mostrano i risultati dei test di instabilità di Euler e i risultati dei test strutturali statici: a) La deformazione di Euler mostra che il fattore teorico di sicurezza è 12,9 con carico uniassiale di 8124 N e spessore di 0,4 mm nella sezione cilindrica; b) sollecitazione generata a 8124 N nella parte, che mostra il valore di sollecitazione medio nell’intervallo di 401 MPa allo spessore di 0,4 mm

Le stampe sono state eseguite presso AMEXCI, Svezia, su una EOS M290, e presso ABB Corporate su ReaLizer SLM 50.

“I risultati della simulazione hanno mostrato un miglioramento di circa 3 volte la resistenza alla deformazione specifica in uno dei disegni: parte AM isogriglia irrigidita con anelli cavi, come si può vedere nella tabella 6.1 [sotto]. I livelli di stress mostrati erano ben al di sotto della forza massima del materiale, il che significa che l’idea potrebbe funzionare. Tuttavia, questo concetto di design deve essere provato sperimentalmente “, ha dichiarato Mehta in conclusione.

“Questi dispositivi galleggianti portano la modularità a un livello superiore, offrendo l’opportunità di ottimizzare i rinforzi e gli anelli cavi a base reticolare per definire” nuovi materiali “. Quindi, i rapporti di resistenza al peso possono essere regolati per diventare alti come l’alluminio o bassi come alcuni materiali plastici. “

Tabella che mostra il miglioramento della resistenza specifica per diversi
design di dispositivi mobili

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