A precisão dimensional é uma das principais preocupações das tecnologias de Laser Powder Bed Fusion, uma vez que o processo é caracterizado por gradientes de temperatura elevados, consolidação e expansão térmica, que induzem tensões residuais na peça. Estas tensões são libertadas ao separar a peça da placa de base, conduzindo à deformação plástica. A simulação termo-mecânica de elementos finitos (FE) pode ser adoptada para determinar o efeito dos parâmetros do processo na precisão geométrica final e minimizar as peças não conformes.

Nesta investigação, é apresentada uma geometria para calibração dos parâmetros do processo. A peça foi fabricada e depois analisada com Tomografia Computorizada Industrial (iCT). Foi efectuada uma simulação do processo de FE, considerando a remoção de material durante a separação da placa de base, e as distorções calculadas foram comparadas com os resultados da iCT, revelando uma boa concordância entre o produto final e o seu gémeo digital.

O desenvolvimento da regulamentação para o fabrico aditivo é crucial para determinar a qualidade da peça, as máquinas e para definir a aplicação desta tecnologia. Seguindo a norma de regulamentação existente ASTM/ISO 52902, o estudo apresentado propôs um artefacto que inclui muitos dos detalhes geométricos da regulamentação e acrescenta algumas características novas, tudo isto num único objeto fabricado que é depois medido através de iCT e analisado através de uma análise FE. Por conseguinte, foram produzidas formas livres, estruturas de treliça e cavidades para avaliar as deformações e as tolerâncias dimensionais com um método de medição não normalizado (iCT). As formas livres neste estudo são três chapas metálicas de 1,5 mm de espessura com diferentes curvaturas. Existe também uma forma livre horizontal obtida por baixo da superfície plana da placa. O material considerado para a produção do componente foi um pó de liga de AlSi10Mg com 20-60 μm, fornecido pela LPW Technology, Runcorn, Reino Unido, e impresso com uma espessura de camada de 0,03 mm com um laser de fibra de Yb (itérbio) IR. A liga AlSi10Mg foi escolhida devido à sua popularidade na indústria AM e à abundância na literatura de dados de propriedades termofísicas necessários para a simulação do processo AM. O artefacto foi fabricado com uma Print Sharp 250 EP-M250 da Prima Additive, Torino, Itália, com a coordenação de SPEM srl.

Durante um exame de iCT utilizando um sistema de raios-X, múltiplas projecções são tomadas sistematicamente. As imagens são adquiridas a partir de vários ângulos de visualização diferentes obtidos com a rotação da amostra. É possível obter imagens radiográficas devido aos diferentes coeficientes de atenuação de raios X dos materiais, e os coeficientes de atenuação linear de raios X são representados como diferentes valores de cinzento iCT. Nesta investigação, o NSI X5000 TEC Eurolab da North Star Imaging, Rogers, MN, EUA, foi utilizado para a análise metrológica do artefacto concebido.

A simulação foi efectuada utilizando um software denominado AMTOP desenvolvido por ITACAe e Simtech, que permitem determinar o estado da tensão, da temperatura e da deformação camada a camada, utilizando um método de elementos finitos. A simulação foi comparada com os dados medidos obtidos a partir do iCT, mostrando que algumas considerações tinham de ser feitas ao considerar o processo de corte. De facto, na segunda simulação considerou-se a eliminação dos elementos da placa e um extra de 1,5 mm do objeto tal como se encontrava no artefacto físico. Esta simulação deu bons resultados em comparação com os dados medidos, proporcionando uma boa correlação com um valor de 65%, o que é um resultado encorajador tendo em conta a complexidade da geometria. Graças à contribuição da ferramenta de software para o conhecimento do fenómeno físico de base tecnológica, a implementação da metodologia de simulação no fluxo de trabalho da engenharia de processos pode apresentar várias vantagens para o fabricante. Estas podem ser reveladas na redução do tempo de colocação no mercado e dos custos, na melhoria das propriedades geométricas e estruturais, na aceleração do processo de aprendizagem e na definição de uma metodologia de conceção robusta.

As actividades apresentadas neste artigo foram publicadas em [1].
[1] Patuelli, C.; Cestino, E.; Frulla, G.; Valente, F.; Servetti, G.; Esposito, F.; Barbero, L. Simulação FEM do artefato AlSi10Mg para calibração do processo de fabricação aditiva com validação de tomografia computadorizada industrial. Materials 2023, 16, 4754. https://doi.org/10.3390/ma16134754

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