Implementazione e valutazione di un modello di calcolo delle tensioni residue superficiali in componenti FDM mediante indentazione

Fused deposition modeling (FDM) is nowadays one of the most popular and used processes for the creation of complex 3D prototypes starting directly from CAD models. In this technique, the component is constructed by melting a plastic filament and depositing it layer by layer. This technique has many advantages but, at the same time, it generates rapid heating and cooling cycles of the material by introducing residual stresses in the component during the fabrication. Consequently, the deformations and distortions of the piece, during the printing process, are rather common problems in the FDM technique and are related to the residual stresses. The main TR measurement technique for this type of material is certainly the hole method (HDM) which however is a semi-destructive procedure. The indentation method, used for other materials, can instead represent an interesting non-destructive method of controlling TR in components obtained by FDM. However, in order to extrapolate the TR value from the indentation test, it is necessary to implement a numerical model that allows to correlate the indentation energy values and the mechanical characteristics of the material with the unitary TR values. The aim of this work is to implement a model for calculating the residual surface stresses in FDM components by indenting, which also takes into account some printing parameters.

La modellazione a deposizione fusa (FDM) è oggi uno dei processi più diffusi e impiegati per la creazione di complessi prototipi 3D partendo direttamente da un modello STL. In questa tecnica, il componente è costruito fondendo un filamento di plastica e depositandolo strato dopo strato. Questa tecnica presenta molti vantaggi ma contemporaneamente produce rapidi cicli di riscaldamento e raffreddamento del materiale introducendo tensioni residue nella parte realizzata. Di conseguenza, le deformazioni e le distorsioni del pezzo, durante il processo di stampa, sono problemi piuttosto comuni nella tecnica FDM e sono correlate alle tensioni residue. La principale tecnica di misura delle TR per questo tipo di materiali è certamente il metodo del foro (HDM) che però è una procedura semi- distruttiva. Il metodo dell’indentazione, usato per altri materiali, può rappresentare invece un interessante metodo non distruttivo di controllo delle TR in componenti ottenuti mediante FDM. Al fine però di estrapolare il valore di TR dalla prova di indentazione è necessario implementare un modello numerico che permetta di correlare i valori di energia di indentazione e le caratteristiche meccaniche del materiale con i valori di TR unitari. L’obiettivo di questo lavoro è quello di implementare un modello di calcolo delle tensioni residue superficiali in componenti FDM mediante indentazione, che tenga conto anche di alcuni parametri di stampa.