STUDIO E OTTIMIZZAZIONE DELLE TECNICHE DI ISPEZIONE TERMOGRAFICA DI COMPONENTI DA STAMPA ADDITIVA ATTRAVERSO MODELLI AGLI ELEMENTI FINITI

Additive production or additive manufacturing is a new production method that allows objects to be manufactured from 3-D models through a process of layering materials layer upon layer. Additive Manufacturing technologies, therefore, refers to all those processes that, starting from mathematical models, through material layering operations, allow the creation of three- dimensional models. As a basis for the production process, non-destructive quality checks need to be carried out. Among them, thermography, based on infrared image acquisition, enables the detection and quantification of internal defects by estimating absolute values of surface temperature and its variations. In this thesis, an experimental method, using an active infrared thermography approach, was scaled up for quality control of an additive printing process to evaluate the best operating conditions for the determination of product size variations due to erroneous material accretions. In the given case, the variation in the size of an air channel within a section of PMMA on the scale of a tenth of a millimetre was studied. Within the COMSOL simulation environment, geometric, physical and simulative parameters were defined in order to obtain the best results. The performed simulations are parametric, the parameters studied are: channel width (W), amplitude (K) and duration (J). In addition, two types of pulse were studied: short pulse and long pulse. The graphs were then compared, and it was found that, with flash thermography, high depths of analysis could not be achieved as the pulse appears to be too strong, since it is concentrated over time. On the contrary, in the case of long duration pulse, with a lower power, more energy is transferred that is able to heat the material globally, avoiding reaching excessively high temperatures, but allowing more penetration and, therefore, sensitivity of defect detection. At the end of the investigation conducted, it was shown that with a short pulse there is more discrimination on the peak temperature value, while for a long pulse the most discriminating element is the time instant at which the peak is detected. In conclusion, it is preferable to proceed with a long pulse since it is easier to detect a time delay than a change in surface temperature.

La produzione additiva o manifattura additiva è un nuovo metodo di produzione che consente di fabbricare oggetti partendo da dei modelli 3D attraverso un processo di sovrapposizione di materiali strato su strato. Per tecnologie di Additive Manufacturing, dunque, si intendono tutti quei processi che partendo da modelli matematici, attraverso operazioni di stratificazione di materiale, permettono la creazione di modelli tridimensionali. A valle del processo di produzione è necessario realizzare dei controlli di qualità non distruttivi. Tra essi, la termografia, basata sull’acquisizione di immagini nell’infrarosso, permette di individuare e quantificare difetti interni attraverso la stima dei valori assoluti di temperatura superficiale e delle sue variazioni. In questa tesi è stato dimensionato un metodo sperimentale con un approccio di termografia attiva all’infrarosso atto al controllo della qualità di un processo di stampa additiva per valutare le migliori condizioni operative che consentono di determinare delle variazioni di dimensione del prodotto dovute ad errati accrescimenti di materiale. Nel caso in questione, si è studiata la variazione della dimensione di un canale d’aria presente all’interno di una sezione di PMMA dell’ordine del decimo di millimetro. All’interno dell’ambiente simulativo COMSOL, sono stati definiti i parametri geometrici, fisici e simulativi per poter ottenere i migliori risultati. Le simulazioni svolte sono di tipo parametrico; i parametri studiati sono: la larghezza del canale (W), l’ampiezza (K) e la durata (J). Inoltre, sono stati studiati due tipi di impulso: impulso breve e impulso lungo. Si sono poi comparati i grafici e si è potuto notare che con termografia flash non si potrebbero raggiungere elevate profondità di analisi in quanto l’impulso risulta essere troppo forte poiché concentrato nel tempo. Al contrario, nel caso di impulso a lunga durata, con una potenza più bassa si trasferisce maggiore energia in grado di riscaldare globalmente il materiale evitando di raggiungere temperature troppo elevate ma consentendo maggiore penetrazione e, quindi, sensibilità di rilevamento dei difetti. Al termine dell’indagine condotta si è dimostrato che con un impulso breve si ha una maggiore discriminazione sul valore di temperatura di picco, mentre per un impulso lungo l’elemento maggiormente discriminante è l’istante di tempo in cui si rileva il picco. In conclusione, risulta preferibile procedere con un impulso lungo poiché è più semplice rilevare un ritardo temporale che una variazione di temperatura superficiale.