STATO DELL'ARTE SULLA PROGETTAZIONE A FATICA DI STRUTTURE TRADIZIONALI E LATTICE IN TI-6AL-4V E ASI10MG OTTENUTE PER MANIFATTURA ADDITIVA A LETTO DI POLVERI

Le tecnologie di additive manufacturing (AM) sono all'apice dello sviluppo tecnologico nell’ambito della costruzione di macchine in quanto permettono la realizzazione di manufatti che non sono possibili con altri processi produttivi, data la quasi totale assenza di limitazioni geometriche. Tra le possibilità offerte dall’AM, spiccano in particolare le strutture lattice (o strutture cellulari, metamateriali), delle ¬strutture ottenute dalla ripetizione nello spazio di una cella elementare, caratterizzate da proprietà meccaniche su scala macroscopica diverse da quelle del materiale base di cui sono costituite. Le possibilità di variare la dimensione della cella elementare e di ottenere rapporti di rigidezza-peso e resistenza-peso competitivi con quelli dei materiali compositi, rendono tali strutture particolarmente adatte all’ industria aerospaziale, automotive e biomedicale. Il potenziale dell’AM, in particolare, è attualmente limitato da preoccupazioni riguardanti la loro integrità strutturale, dovute a particolari peculiarità meccaniche delle stesse, intimamente legate al processo produttivo: la presenza di difetti superficiali (ad esempio rugosità, profondi intagli acuti simil cricca) e sub-superficiali (ad esempio porosità, polveri non fuse), il potenziale notevole scostamento tra geometria as-designed e as-built, l’influenza dei parametri di processo della lavorazione sul prodotto finale (ad esempio potenza del laser, velocità di scanning, orientazione del componente realizzato rispetto alla direzione di stampa), la presenza di forti tensioni residue in condizioni as-built, la difficoltà nel trasferimento di informazioni da un provino di dimensioni ridotte al componente reale e, infine, la microstruttura allo stato as-built tipicamente molto fine che comporta comportamento fragile del materiale. L’insieme delle precedenti comporta proprietà meccaniche a fatica delle strutture realizzate per AM scadenti rispetto alla controparte ottenuta per processi tradizionali, caratterizzate da una notevole dispersione statistica e, allo stato attuale, di difficile previsione. In questo lavoro di revisione dello stato dell’arte, incentrato sull’additive manufacturing per Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF, anche noto come Selective Laser Melting, SLM) di polveri di Ti-6Al-4V e AlSi10Mg, viene proposta inizialmente una descrizione della microstruttura e difettologia in condizioni as-built, concentrandosi sull’influenza dei parametri di processo; successivamente viene descritto l’effetto dei trattamenti di post processing termici e meccanici. Infine, si procede all’analisi dei dati a fatica pubblicati per le strutture tradizionali e lattice con i metodi della meccanica della frattura lineare elastica, discutendo in particolare il meccanismo di rottura.