1 Metodo di ricerca

1.1 Struttura del progetto

Il flusso di lavoro è stato strutturato per isolare il contributo di ogni fase di produzione: formatura additiva, lavorazione CNC e finitura. È stato selezionato un componente di prova cilindrico con spalle a gradini e canali interni per garantire la sensibilità alla deviazione geometrica. Tutti i parametri di produzione sono stati mantenuti costanti in prove ripetute per garantire la replicabilità.

1.2 Fonti di dati

I dati dimensionali e superficiali sono stati ottenuti da 30 campioni prodotti con impostazioni di processo identiche. Le misurazioni sono state effettuate con una macchina di misura a coordinate (CMM), un microscopio confocale laser e sensori integrati nel processo che hanno registrato la temperatura e il carico del mandrino. La selezione di questi dispositivi si è basata sulla loro facilità di calibrazione e sulla capacità di riprodurre l'accuratezza delle misurazioni tra le sessioni.

1.3 Apparecchiature e modelli

• Stampante 3D:Sistema SLM, laser a fibra da 200 W, spessore dello strato di 30 µm
• Macchina CNC:Centro di lavoro a 5 assi con compensazione automatica degli utensili
• Utensili di finitura:Testa di fresatura CBN, abrasivo diamantato
• Modello di dati:Modelli di regressione per la previsione della deviazione, convalidati tramite ANOVA a misure ripetute
• Tutti i parametri utilizzati nelle fasi di lavorazione e finitura sono elencati nell'Appendice A per garantire la completa riproducibilità sperimentale.

2 Risultati e analisi

2.1 Accuratezza dimensionale

Tabella 1 mostra la deviazione dimensionale media nelle tre condizioni.
I campioni ibridi hanno mantenuto una deviazione inferiore a ±0,015 mm, rispetto a ±0,042 mm per le parti solo additive. Questo miglioramento è in linea con gli studi che riportano che la ridistribuzione del materiale durante la post-lavorazione compensa gli effetti dell'accumulo di calore strato per strato [1].

2.2 Rugosità superficiale

La finitura ibrida ha ridotto Ra da una media di 12,4 µm a 1,8 µm, come riassunto in Figura 1. La fase di finitura ha eliminato le particelle parzialmente fuse e ridotto gli artefatti a gradini.

2.3 Efficienza del processo

L'analisi del tempo ciclo indica una riduzione del 23% del tempo di elaborazione complessivo rispetto alla sola lavorazione sottrattiva convenzionale. I registri del carico utensile hanno mostrato una diminuzione del 9–12% della coppia del mandrino dovuta al minore margine di lavorazione lasciato dopo la preformatura additiva.

2.4 Interpretazione comparativa

Il riferimento incrociato con precedenti ricerche [2,3] mostra che il miglioramento dimensionale è in linea con le aspettative per la produzione ibrida. Tuttavia, l'entità del miglioramento della qualità superficiale è superiore a quanto riportato in precedenza, probabilmente a causa del controllo della temperatura perfezionato nella fase additiva.

3 Discussione

3.1 Interpretazione dei risultati

I risultati dimostrano che i flussi di lavoro ibridi compensano l'instabilità termica tipica della fusione di polveri metalliche. Il margine di lavorazione progettato nella geometria stampata rimuove efficacemente le zone di deformazione indotte dal calore. Un carico utensile inferiore suggerisce una riduzione dello stress meccanico sui taglienti, contribuendo alla stabilità del tempo ciclo.

3.2 Limitazioni

Lo studio si è concentrato su una singola geometria e lega metallica. I risultati possono variare con strutture interne più complesse o materiali con diversi comportamenti di coefficiente di espansione termica. Inoltre, è stato valutato un solo tipo di utensile di finitura.

3.3 Implicazioni pratiche

Le industrie che richiedono iterazioni rapide, come la robotica, i componenti aerospaziali e i dispositivi medici personalizzati, possono beneficiare della produzione ibrida per ottenere precisione senza flussi di lavoro completamente sottrattivi. La riduzione del tempo di lavorazione è particolarmente rilevante per gli ordini personalizzati di piccoli lotti.

4 Conclusione

L'approccio integrato che combina stampa 3D, lavorazione CNC e finitura superficiale migliora l'accuratezza dimensionale e la consistenza della superficie, riducendo al contempo il tempo ciclo. Il flusso di lavoro affronta la distorsione geometrica causata dalla produzione additiva e supporta requisiti di tolleranza più rigorosi. Il lavoro futuro potrebbe indagare su componenti multi-materiale, percorsi utensili di finitura adattivi e ottimizzazione del processo basata su modelli.