ANALISI SPERIMENTALE DI COMPONENTI REALIZZATI MEDIANTE TECNICHE DI STAMPA 3D PER APPLICAZIONI DI SPETTROSCOPIA FOTOACUSTICA

In the present work, the printing parameters for the optimization of a photoacoustic spectroscopy cell were evaluated, and experimental analyses were carried out on the manufactured components. These components were designed using the Fusion360 software and printed at the Interdisciplinary Additive Manufacturing (IAM) laboratory of the Polytechnic University of Bari using an Ultimaker S5 printer. The tests were conducted at the laboratory of the Italian Space Agency (ASI) in Matera. Initially, a literature review was conducted on Additive Manufacturing (AM) technologies, with particular focus on Material Extrusion (MEX) technology and its aerospace applications. From an operational standpoint, multiple PLA cell specimens with different volumes were printed using various parameter configurations in order to optimize the printing process, material consumption, surface finish, and vacuum tightness. During the leak and degassing tests, both closed cells and perforated cells fitted with a glass slide for laser transmission during photoacoustic spectroscopy were analyzed, in order to evaluate possible causes of leakage. Finally, a highly versatile photoacoustic cell design, different from those proposed in the literature, was developed. In this case as well, its vacuum sealing capability and characteristic degassing curve were evaluated. The work carried out therefore demonstrated the possibility of using AM techniques for the production of cells for photoacoustic spectroscopy, which are generally manufactured using computer numerical control machinery, resulting in significantly higher costs and material waste. Finally, future developments for the implementation of AM technology in the production of both miniaturized and larger-scale components are outlined, with the aim of making it increasingly integrated into environmental and space monitoring systems.

Nel presente lavoro sono stati valutati i parametri di stampa per l’ottimizzazione di una cella per spettroscopia fotoacustica e sono state condotte analisi sperimentali sui componenti prodotti. Questi sono stati progettati tramite il software Fusion360 e stampati presso l’Interdisciplinary Additive Manufacturing (IAM) del Politecnico di Bari tramite una stampante Ultimaker S5. I test sono stati effettuati presso illaboratorio dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), sede di Matera. Inizialmente è stata condotta una ricerca sulla letteratura riguardante le tecnologie di Additive Manufacturing (AM) con particolare focus sulla tecnologia Material Extrusion (MEX) e le sue applicazioni in ambito aerospaziale. Operativamente sono stati stampati molteplici provini di celle in PLA, di volume variabile, con diverse configurazioni di parametri in modo da ottimizzarne la stampa, il consumo di materiale, la finitura superficiale e la tenuta al vuoto. Durante i test di tenuta e di degassing sono state analizzate celle chiuse e celle forate sulle quali è stato applicato un vetrino per il passaggio del laser durante la spettroscopia fotoacustica, in modo da valutare le eventuali cause di perdita. Infine è stata progettato un design di cella fotoacustica particolarmente versatile, differente da quelle proposte in letteratura. Anche in questo caso è stata valutata la sua capacità di tenuta al vuoto e la sua curva caratteristica di degassing. Il lavoro svolto ha quindi permesso di utilizzare tecniche di AM per la realizzazione di celle per la spettroscopia fotoacustica, le quali vengono generalmente realizzate tramite macchinari a controllo numerico, il che comporta un considerevole aumento in termini di costi e scarti. Infine, sono quindi delineati sviluppi futuri per l’implementazione della tecnologia AM nella produzione di componenti miniaturizzati e non, con l’obiettivo di renderla sempre più integrata in sistemi di monitoraggio ambientale e spaziale.