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37-Additive Manufacturing design - Coggle Diagram

- - - - • Parte da CAD che permette di descrivere la geometria esterna della parte
      - • Output: 3D solid o surface rappresentation
      - • Utilizzabile: Reverse engineering (optical scanning o laser)
        
        • Simile CAD/CAM ma senza interventi tra design e manufacturing più
        semplice
      - • Problemi:
        
        • se output non è un solido completamente chiuso e definito
    - - • STL deriva da STereoLithography (prima tecnologia commericale AM della 3D System nel 1990)
      - • Tutte le tecnologie AM usano il file format STL
      - • Formato per descrivere il modello CAD in termini di sole entità geometriche rimuove informazioni :
      - • Approssima le superfici del modello con una serie di facce triangolari
      - • Dimensioni dei triangoli:
        
        o Minima distanza tra il piano rappresentato dal triangolo e la superficie che deve rappresentare
        
        o Regola base: offset minimo dei triangoli più piccolo della risoluzione della macchina AM
      - • STL surface description:
        
        o Triangoli posizionati nella direzione corretta (vettore indica sup. interna o esterna)
        
        o Geometrie complesse e discontinue vertici dei triangoli non allineati correttamente (gap superficiali)
      - • Conversione di solito automatica possibili errori (strumenti software di correzione
        repair software)
      - • STL file = raccolta non ordinata di vertici di triangoli e vettori normali di superficie (no unità, colore, materiale o informazioni)
      - • AMF file estende STL includendo informazioni (colore, dimensioni, materiale …)
    - - • File STL inviato alla macchina AM e azioni prima della costruzione della parte:
        
         Verifica della parte (sistema di visualizzazione e manipolazione presente sulla macchina)
        
         Riposizionamento o cambio di orientazione della parte
        
         Più di una parte alla volta (copy function o diversi STL)
        
         Scaling (linear scaling) per problemi ritiro o coating
        
         Identificazione (es. aggiungere caratteri in rilievo)
        
         Segmentazione o merging di più file STL
      - • Ci sono molti software di manipolazione dei file STL (integrare quelli delle macchine)
    - - • Alcune macchine hanno pochi setup:
        
         Processano solo pochi e specifici materiali
        
         Poche opzioni di building: layer thickness (ranges)
      - • Altre macchine hanno molti setup:
        
         Varietà di materiali
        
         Possibilità di ottimizzazione dei parametri
      - • Incorretto setup permette comunque la costruzione della parte ma con qualità non
        accettabile
      - • Altre operazioni di setup spesso non automatiche:
        
         Livello materiale a disposizione (polvere, filo,…)
        
         Inserimento, pulizia e livellamento del piano di costruzione (se necessario)
    - - • Sequenza di layering (slicing, scan path generation):
        
         Posizionamento platform ad altezza regolabile o della testa di deposizione
        
         Deposizione/diffusione del materiale
        
         Formazione delle cross-section del Layer
      - • Alcune macchine separano le fasi di deposizione materiale e formazione del layer
        altre lo fanno simultaneamente
      - • Parte fondamentale del processo costruzione e addizione dei layer
    - - • Parte costruita (built up) deve essere:
        
         prelevata
        
         o separata dalla platform di accrescimento
        
         o rimuovere l’eccesso di materiale
      - • Rimuovere i supporti dove presenti
      - • Metalli:
        
         spesso necessaria un’operazione di taglio o fresatura per rimuovere supporti
        o separare la base
      - • Pulizia dei pezzi può essere considerato il primo step del post-processing
    - - • Include le operazioni di finitura (tipicamente manuali)
      - • Può includere:
        
         Finitura abrasiva (polishing, sabbiatura)
        
         Applicazione di coating
        
         Trattamenti termici o chimici
        
         Infiltrazioni
    - - • Dopo il post-processing la parte è pronta all’uso
      - • Parti prodotte sono fortemente anisotrope
      - • Microstrutture molto diverse da quelle realizzate con processi convenzionali
      - • Possono essere presenti difettosità (vuoti o degrado dei materiali)
      - • Parti devono essere studiate per sfruttare i vantaggi della progettazione ADDITIVE
- - - - Orientazione della parte
        
        • Scelta dell’orientazione di costruzione delle parti è fondamentale:
        
        • Qualità della parte
        
        • Tempi di costruzione della parte
        
        • Quantità di supporti
        
        • Finitura superficiale (superfici verso l’alto migliore finitura)
        
        • Scelta può favorire o meno una o più condizioni necessarie (tempi/qualità)
        
        • Scelta dipende da esigenze della parte (es. finitura)
      - Creazione supporti
        
        • Layering rende necessaria la presenza di supporti in fase di costruzione a
        seconda della geometria di stratificazione:
        
        • Evitano ancoraggio diretto sulla platform (difficoltà rimozione del modello)
        
        • Facilmente identificabili ed asportabili
        
        • Richiedere consumo ridotto di materiale
        
        • Generati in automatico (mediante software)
        
        • Adeguatamente progettati
      - Ottimizzazione della topologia (Hollowing)
        
        • Consentire di produrre parti con prestazioni e proprietà meccaniche
        migliorate
        
        • Obiettivo alleggerimenti (se non compromettono la funzionalità):
        
        • Ridurre i tempi di build
        
        • Ridurre i costi usando meno materiale
        
        • Ridurre la massa del componente finale
        
        • Rendere le parti leggere senza compromettere la resistenza (strutture
        honeycomb, truss-like)
        
        • ottimizzare distribuzione materiali in funzione delle sollecitazioni
        eliminando non necessario (hollowing)
        
        • Inclusione di undercuts e constraints
        
        • Progettazione AM permette di creare sottosquadri, fori, tasche e raggi di
        raccordo in un’unica operazione
      - Undercuts e Constraining
      - Interlocking features
        
        • Parti AM hanno volume finito di costruzione per parti più grandi necessario scomporre in parti il volume
        
        • Scegliere e progettare il miglior modo di separare le parti facilitare l’assemblaggio:
        
        • Sistemi interblocco
        
        • Aumentare le aree al fine di massimizzare azione adesivi
      - Riduzione delle parti in un assemblato
        
        • Al contrario dei convenzionali, processi AM producono parte quasi finita
        
        • Minimizzare il numero di componenti e produrre direttamente un assemblato
      - Contrassegni di identificazione
        
        Se si producono molte parti per AM necessario identificarle:
        
        • Direttamente attraverso CAD
        
        • Software che permettono di inserire caratteri in rilievo sui modelli 3D
        
        • Costruzione delle parti in un mesh box
- - - - Adaptive slicing (layer più sottili) algoritmi che variano spessore layer in relazione alla geometria locale
      - Optimizazion dell’orientazione di build
      - Contour shaping
    - - • Legata alla tolleranza geometrica di cilindricità che può essere individuata
        da:
        
        • Modello geometrico semplice
        
        • Simulando superficie cilindrica da modello CAD
        
        • Simulando superficie cilindrica da file STL
    - - • Processi AM approssimano gli oggetti con layer dai bordi verticali
      - • L’impilamento dei layer non ‘meccia’ il modello CAD originale
      - • Entità errore dipende:
        
        • spessore del layer
        
        • orientazione rispetto all’orientazione di build
    - - • Errore da tolleranza geometrica (tra due piani //)
      - • Deformazione ha effetti avversi sulla precisione es. curl distorsion
      - • Minimizzare
        
        • opportuni setting (T materiale)
        
        • ottimizzare orientazione
        
        • spessore dei layer
    - - • Orientazione
      - • Slicing (segmentazione in layer spessore)
      - • Supporti
      - • 2D tool path planning (percorso geometrico del singolo layer)
    - - • Staircase
      - • Cilindricità
      - • Flatness & straightness