OPTIMIZATION OF PRINTING STRATEGY REGARDING SHRINKAGE MISMATCH OF MULTI-MATERIAL COMPONETS FABRICATED WITH MATERIAL EXTRUSION ADDITIVE MANUFACTURING

The goal of this experimental thesis is to find a way to mitigate the effect of shrinkage misalignment of two different materials molded together, in a single piece, preserving their structural integrity and limiting deformations after sintering. All this was carried out in a close collaboration between the advanced manufacturing research group of the KU Leuven Campus De Nayer and the Polytechnic University of Bari, as part of a project with the University of Ghent on the redesign and improvement of the performance of an electric motor, through the printing of a different type of winding for the rotor. This thesis initially saw a study of the literature, with a general overview of the world of Additive Manufacturing, analyzing the various material extrusion processes and the types of multi-material printing discovered so far, to get to deepen in detail the complete process with the printing, debinding, sintering and related data analysis phases. The approach used was to create two DoEs, varying two main parameters in the design, to evaluate the effects of sintering on them.

Lo scopo di questa tesi sperimentale è individuare una strategia per mitigare l’effetto del mismatch da ritiro tra due materiali co-stampati in un unico pezzo, preservandone l’integrità strutturale e limitando le deformazioni dopo la sinterizzazione. Il lavoro è stato svolto in stretta collaborazione tra il gruppo di ricerca in advanced manufacturing dellal KU Leuven – Campus De Nayer e il Politecnico di Bari, nell’ambito di un progetto con l’Università di Gand volto alla riprogettazione e al miglioramento delle prestazioni di un motore elettrico, tramite la stampa 3D di una diversa tipologia di avvolgimento per il rotore. La tesi si apre con uno studio della letteratura, offrendo una panoramica generale dell’Additive Manufacturing, analizzando i vari processi di estrusione di materiale e le tipologie di stampa multi-materiale finora documentate, per poi approfondire nel dettaglio l’intero processo — stampa, debinding, sinterizzazione — e la relativa analisi dei dati. L’approccio adottato ha previsto la definizione di due DoE (Design of Experiments), variando due parametri principali di progetto per valutarne gli effetti in fase di sinterizzazione.