Sviluppo di metodi innovativi per la metrologia dimensionale mediante l’integrazione di repliche polimeriche e tomografia computerizzata a raggi X

La tecnica di replicazione rappresenta un approccio non distruttivo largamente impiegato in diversi settori industriali e di ricerca, con l’obiettivo di rilevare e di caratterizzare superfici e forme complesse o di difficile accesso, sia durante che alla fine del processo produttivo. Essa si basa sulla realizzazione di una copia negativa del componente o della regione di interesse da analizzare, ottenuta mediante l’applicazione di materiali polimerici, ad esempio a base siliconica o epossidica, in stato fluido o pastoso, i quali solidificano riproducendo l’oggetto con i relativi dettagli micro- e macro-geometrici. In questo modo è possibile ottenere un duplicato negativo, comprensivo delle geometrie altrimenti difficilmente accessibili mediante strumenti di misura tradizionali, il quale può essere sottoposto ad indagini metrologiche senza la necessità di danneggiare il componente originario. La replicazione trova applicazione sia per l’analisi dell’usura e del danneggiamento progressivo, sia come strumento operativo per effettuare misure dimensionali e topografiche. Essa risulta particolarmente utile quando le geometrie da ispezionare sono di difficile accesso, oppure quando viene implementata durante i processi produttivi per monitorarne l’evoluzione. Parallelamente, negli ultimi anni la tomografia computerizzata a raggi X (CT) si è affermata come una delle tecniche più versatili per la metrologia dimensionale di componenti complessi. Essa consente, infatti, di indagare simultaneamente e in modo non distruttivo geometrie, superfici, e difetti sia esterni che interni o di difficile accesso, garantendo quindi una completezza e una profondità di analisi superiore rispetto alle altre tecniche di misura a coordinate. In questo contesto, la replica può assumere un ruolo chiave come tecnica complementare e integrativa alla tomografia. In letteratura, infatti, numerosi studi hanno approfondito separatamente le potenzialità della CT e della tecnica di replicazione per la metrologia dimensionale, ma non sono stati ancora indagati i benefici derivanti dalla loro combinazione. Integrare replica e tomografia apre difatti la possibilità di superare alcuni vincoli della CT, che spaziano da aspetti economici a limitazioni sui componenti analizzabili, dovute ad esempio al materiale e alle dimensioni dei pezzi in esame. Tale approccio, oltre a garantire misure più versatili e non distruttive, può offrire un nuovo paradigma per la verifica dimensionale di strutture complesse in settori ad alto valore aggiunto come l’aerospaziale, l’automotive e il biomedicale. Il presente lavoro di tesi ha l’obiettivo di sviluppare metodi innovativi per la metrologia dimensionale basati sull’integrazione tra tecnica di replicazione e tomografia computerizzata. Nello specifico, a partire dalla normativa internazionale dedicata ai sistemi di misura a coordinate, sono stati sviluppati metodi per la verifica delle prestazioni metrologiche della replicazione come strumento di misura indiretta per geometrie complesse e superfici di diversa natura. Tali metodi hanno compreso anche la scansione tomografica dei campioni replicati, per verificare le prestazioni relative all’integrazione delle due tecniche. Le due tecnologie integrate sono state infine applicate a casi studio di interesse industriale, riguardanti ad esempio strutture reticolari di metallo realizzate mediante fabbricazione additiva.