Sviluppo di una piattaforma integrata per l'analisi tomografica guidata da criteri funzionali di strutture reticolari prodotte per fabbricazione additiva

Le strutture reticolari negli ultimi anni hanno suscitato un crescente interesse grazie soprattutto alle tecnologie di fabbricazione additiva (AM), che consentono di produrre componenti caratterizzati da geometrie complesse e da eccellenti proprietà meccaniche e funzionali. Tuttavia, tali processi introducono intrinsecamente difetti ed imperfezioni, come irregolarità geometriche e superficiali, porosità interne e scostamenti dimensionali, i quali possono compromettere qualità e funzionalità del componente. Diversi studi presenti in letteratura hanno approfondito l’impatto degli errori e delle imperfezioni introdotte dalla fabbricazione additiva sulle proprietà meccaniche e funzionali delle strutture reticolari, prevalentemente in relazione a particolari applicazioni e a specifiche caratteristiche difettologiche. Tuttavia, una delle principali sfide di ricerca riguarda la difficoltà di effettuare misure olistiche di strutture così complesse: anche attraverso la tomografia industriale a raggi X (CT) - che consente una ricostruzione tridimensionale e completa delle strutture reticolari scansionate - non è attualmente possibile estrapolare in modo completo e coerente tutti i parametri rilevanti, né integrare in un unico approccio misurandi eterogenei. Inoltre, le analisi comunemente svolte non sono tipicamente guidate da criteri funzionali, risultando quindi parzialmente scollegate dall’effettiva prestazione del componente. In questo contesto, il presente lavoro di tesi si colloca all’interno di un framework volto allo sviluppo di una piattaforma integrata e automatizzata per l’analisi olistica di strutture reticolari basata su dati tomografici, con l’obiettivo di fornire uno strumento applicabile sia ai processi industriali di controllo qualità sia alla progettazione funzionale di componenti realizzati mediante AM. Nello specifico, lo studio ha portato allo sviluppo di una metodologia per condurre un’analisi completa e automatizzata di strutture reticolari a partire da dati CT. La metodologia, incentrata sull’analisi dei singoli strut, consente di identificare e quantificare difettologie di natura diversa, classificabili principalmente come errori geometrici, difetti superficiali e difetti interni. Per ciascuna categoria è stato definito un set di indicatori, ricavati attraverso analisi dedicate, in grado di descrivere il grado di criticità delle strutture. Questi indicatori sono stati quindi integrati in un indice di criticità complessivo, formulato sulla base di specifici parametri che consentono di fare riferimento alla funzionalità desiderata per la struttura reticolare in esame. La piattaforma sviluppata è stata infine applicata a strutture reticolari prodotte mediante metal laser powder bed fusion in diverse condizioni di processo, e validata mediante il supporto di simulazioni strutturali agli elementi finiti, evidenziando la capacità della metodologia di collegare gli errori e i difetti misurati alle prestazioni funzionali.