MONITORAGGIO ONLINE DEL PROCESSO LMD MEDIANTE TERMOGRAFIA A INFRAROSSI SU LEGHE DI TITANIO

Defects such as cracks, porosity and lack of fusion, typical of aerospace titanium alloy components produced by Laser Metal Deposition (LMD), are currently detected only after the process, by non-destructive testing on the finished part. This thesis, carried out in collaboration with Avio Aero, proposes a semi-automatic procedure to detect them during printing by means of infrared thermography. The procedure uses a single low-cost microbolometric camera and apparent temperature only, without emissivity calibration. The case study is a titanium alloy specimen printed on a cold substrate, with Multilayer and Monolayer configurations. The cooling sequences were analysed by fitting a Fourier-series model to a local sound reference area and computing the corresponding 95% confidence and prediction bands. The upper limit of the confidence band is used as a threshold to obtain binarized maps and to count cracks automatically as peaks of the temperature profile along the track axis. The analysis identified the final cooling phase as the most suitable time window, since the nozzle reflection is no longer present. The procedure detects 4 out of 4 cracks on Multilayer B and 6 out of 6 on Multilayer A, with a maximum deviation of one crack on the Monolayers compared with dye penetrant inspection. Induction thermography confirms the results on the Multilayers. This work lays the foundations for an online monitoring system for the LMD process.

Difetti come cricche, porosità e mancanza di fusione, tipici dei componenti aerospaziali in lega di titanio realizzati mediante Laser Metal Deposition (LMD), vengono oggi individuati solo a fine processo, con controlli non distruttivi eseguiti sul pezzo finito. Questa tesi, svolta in collaborazione con Avio Aero, propone una procedura semi-automatica per rilevarli già durante la stampa mediante termografia a infrarossi. La procedura usa una singola termocamera microbolometrica economica e la sola temperatura apparente, senza calibrazione sull’emissività. Il caso di studio è un provino in lega di titanio stampato su substrato freddo, con configurazioni Multilayer e Monolayer. Le sequenze di raffreddamento sono state analizzate costruendo, su una zona sana di riferimento locale, un modello a serie di Fourier e le relative bande di Confidenza e di Previsione al 95%. Il limite superiore della banda di Confidenza è usato come soglia per ottenere mappe binarizzate e per contare automaticamente le cricche come picchi del profilo di temperatura lungo l’asse della traccia. L’analisi ha individuato nella fase finale del raffreddamento la finestra più adatta, perché il riflesso dell’ugello non è più presente. La procedura rileva 4 cricche su 4 nel Multilayer B e 6 su 6 nel Multilayer A, con uno scostamento massimo di una cricca sui Monolayer rispetto ai liquidi penetranti. La termografia a induzione conferma i risultati sui Multilayer. Il lavoro pone le basi per un sistema di monitoraggio online del processo LMD.