A causa del limitato tempo a disposizione, la soluzione sviluppata non dispone della parte elettrica necessaria al suo funzionamento.
10.2 Sensore infrarosso
Purtroppo non si è stato trovato un sensore infrarosso ideale per l’applicazione desiderata (che potesse essere montato in un circuito pneumatico in pressione, e che avesse un tempo di risposta minimo di 0.00015 secondi). Questo sensore non è di vitale importanza per il funzionamento del feeder tuttavia, dato che non si sa se il modello matematico sperimentale sviluppato è in grado di calcolare anche l’oscillazione della portata massica delle polveri in uscita con una precisione sufficiente, risulta essere necessario effettuare i test sperimentali in modo da poter valutare la suddetta oscillazione e verificare se quest’ultima rientri effettivamente nelle specifiche richieste. L’implementazione di questo sensore o di un altro tipo di sensore, in grado di rilevare la portata massica delle polveri mescolate al gas in uscita dal feeder, rimane comunque fortemente consigliata soprattutto se il feeder dev’essere implementato in processi in cui l’oscillazione della portata massica delle polveri in uscita dal feeder risulta essere un fattore decisivo per garantire il corretto funzionamento e la qualità di processo desiderata.
10.3 Cabinet
Il cabinet realizzato può essere ottimizzato ulteriormente a livello di ingombro. Poichè non si conosce esattamente l’ingombro delle componenti elettroniche, il cabinet è stato diviso in due sezioni sovradimensionate. La sezione posteriore è dedicata alla componentistica elettronica mentre quella frontale a quella pneumatica. In base agli ingombri effettivi di queste sezioni, è possibile ridurre le dimensioni del cabinet di conseguenza.
La struttura interna è al momento costruita sfruttando profilati con sezioni a L che andrebbero imbullonati tra loro, converrebbe invece utilizzare dei profilati a sezione quadrate da saldare fra loro.
Per mancanza di tempo, al momento il cabinet è sprovvisto di “porte” che consentano l’accesso alla componentistica pneumatica ed elettronica così come di un pannello che possa essere rimosso per poter accedere alla componentistica legata ai motori che nell’attuale modello 3D è situata nella sezione posteriore superiore del cabinet.
Attualmente le pareti del cabinet presentano uno spessore di 6 mm che risulta essere decisamente eccessivo. Prima di realizzare il cabinet si consiglia fortemente di ridurre tale spessore, anche per questioni di peso.
10.4 Tubature e raccordi pneumatici
Tutti i raccordi e gli altri componenti pneumatici nel CAD sono raffigurati in modo che possano essere collegati con tubi di diametro esterno pari a 4mm. Siccome il flusso ideale desiderato è quello laminare, questo tipo di tubo risulta essere troppo piccolo per l’applicazione in esame (se si
considera una pressione massima di 15 bar). I raccordi e i componenti reali dovranno essere compatibili con tubi di diametro più grande (6-8 mm al massimo). Il diametro interno effettivo dei tubi per ottenere un flusso laminare dovrebbe essere calcolato.
10.5
Verifica delle finestre d’ispezione.
La finestra di ispezione installata sulla parte frontale del contenitore delle polveri (inizialmente fatta in PMMA) è stata verificata tramite FEM. Dai risultati è emerso che questa subiva una
deformazione troppo grande per effetto della pressione all’interno del feeder (15 bar). La finestra che ora è presente sul modello è fatta di vetro. Per disegnarla si è fatto riferimento alla scheda tecnica di una finestra per ispezione industriale disponibile commercialmente ma le cui
caratteristiche non sono adatte al feeder. Per ragioni di sicurezza questa finestra andrebbe testata nuovamente, cosi come quella installata sul “coperchio” della tramoggia (oltre ad essere verificata quest’ultima andrebbe riprogettata seguendo le caratteristiche di quella frontale).
10.6
Disegni d’assieme e di dettaglio
A causa della mancanza di tempo e di alcuni problemi relativi al software utilizzato (nella messa in tavola NX non riporta i nomi delle componenti scaricati nella lista pezzi e non permette
l’inserimento dei materiali dei pezzi realizzati), i disegni d’assieme e di dettaglio attuali presentano liste pezzi incomplete ed i disegni presentano solo le quote di massima per fornire l’ingombro della soluzione sviluppata. Per poter realizzare il feeder, questi disegni vanno decisamente rivisti e quotati, senza tralasciare che alcuni modelli 3D necessitano di modifiche.
10.7
Prova sperimentale per validare l’oscillazione calcolata tramite
modello matematico
Sarebbe utile effettuare dei test sull’oscillazione della portata massica nel tempo per verificare se il modello matematico sviluppato riesce effettivamente a calcolare quelle che sono le oscillazioni reali della portata massica di polveri nel tempo all’uscita del feeder, cosa che per mancanza di tempo non si è potuta fare.
10.8 Valutazione della precisione sulla portata del gas
A causa delle stringenti tempistiche non è stato possibile valutare la precisione sulla portata del gas, prima di procedere con la costruzione del prototipo, conviene prendere in considerazione anche questo fattore.
10.9 Realizzazione di un prototipo per effettuare dei test sulle
prestazioni fornite
Una volta elaborati i punti precedenti occorre procedere con la realizzazione di un prototipo con il quale effettuare delle prove sperimentali che consistono nel misurare portata media e oscillazione con tutti i materiali menzionati nelle specifiche alfine di valutare concretamente le prestazioni fornite dal sistema progettato in quanto, al momento, con i dati a disposizione non è possibile garantire che tutte le prestazioni richieste siano effettivamente state rispettate.
11 Conclusioni
Questo progetto di diploma aveva come obbiettivo quello di studiare e progettare un powder feeder pensato specificamente per rispondere alle esigenze dell’additive manufacturing. Grazie al modello matematico sviluppato, si è progettata una soluzione interamente controllata tramite PLC che consente di raggiungere la portata massica media di polveri desiderata (3 g/s).
Quanto fatto pero risulta essere ben lontano dalla soluzione desiderata, in quanto, i valori dell’oscillazione della portata massica di polveri nel tempo forniti dal modello matematico, non possono essere presi in considerazione, senza che questi vengano confrontati con dei dati reali per accertarne il grado d’accuratezza.
Il modo migliore per verificare l’accuratezza del modello matematico e di valutare effettivamente le prestazioni del feeder progettato, è quello di realizzare un primo prototipo su cui rilevare tramite l’ausilio di sensori appositi, le caratteristiche richieste.
Il modello progettato, necessita ancora di rifiniture e leggeri cambiamenti prima di poter essere “pronto” per essere realizzato, ma allo stato attuale riesce a garantire la maggior parte delle specifiche richieste, mentre alcune di queste devono ancora essere verificate sperimentalmente. Di seguito viene riportata una tabella riassuntiva delle caratteristiche attuali del feeder progettato:
Specifiche richieste Risultati
Ingombro massimo: 700x700x1800
L’ingombro massimo è stato rispettato, dato che per motivi di tempo all’interno del cabinet manca tutta la componentistica elettronica, è difficile poter dire se è possibile ridurre l’ingombro fino a quello ottimale richiesto (500x500x800), tuttavia un riduzione importante degli ingombri rispetto alla soluzione qui presentata risulta possibile. Capacità della tramoggia da 2 a 8 [L] Il feeder progettato consente di montare
tramogge da 2 a 8 litri, grazie all’adattatore posto sulla parte alta del feeder.
Pressione d’esercizio da 3 a 15 [bar] Il feeder è stato progettato per sopportare pressioni fino a 15 [bar] (se si raggiungono i 15 bar una valvola di sicurezza posta sul
coperchio della tramoggia scarica la pressione in eccesso) tuttavia la pressione necessaria per raggiungere la portata richiesta, se si fa girare il motore a regime massimo, è di soli 5 [bar]
Pulsazione sulla portata della polvere Stando al modello matematico sviluppato non è possibile rispettare la pulsazione richiesta. A causa delle tempistiche richieste non è stato
Dal 3% al 5% della portata massica media possibile effettuare una prova pratica che consentisse di valutare l’accuratezza del modello proposto. Per valutare concretamente la pulsazione sulla portata bisognerebbe realizzare un prototipo e rilevare
sperimentalmente tale pulsazione con l’ausilio di un sensore infrarosso.
La polvere non deve entrare in contatto con l’ossigeno durante il processo
Sia il feeder che la tramoggia sono pressurizzati, in modo da generare un ambiente inerte durante il processo. Il feeder dev’essere in grado di processare le
seguenti polveri: : titanio, alluminio, inox, leghe, acciaio Inconel (718, 738, 939), Böhler k890; con granulometrie comprese tra i 20 e i 150 [µm].
Il feeder può sopportare le granulometrie richieste, tuttavia siccome non si disponeva delle priprietà di ogni materiale, il feeder è stato progettato considerando alluminio e acciaio generici, per garantire la processabilità con tutti i materiali richiesti occorre effettuare delle porve sperimentali mirate per ogni materiale.
Devono poter essere utilizzati azoto e argon I componenti pneumatici del feeder sono stati selezionati in modo da essere compatibili con i gas richiesti.
L’accensione e spegnimento dell’adduzione polveri, cosi come la loro regolazione, deve poter essere controllata tramite il CNC della macchina DED.
Il sistema di dosaggio di polvere può essere interamente controllato tramite PLC
(accensione, spegnimento e regolazione della pressione e del flusso di gas compresi).
La portata massica delle polveri deve poter essere regolata tra 0 e 3 [g/s].
La portata massica delle polvere è controllata principalmente dalla pressione del gas, e dalla velocità di rotazione del disco. Utilizzando due feeder in parallelo è possibile raggiungere la portata richiesta.
La portata massica del carrier gas deve poter essere regolata tra 1.2 e 20 [l/min]
Il sistema è dotato di un flussimetro dotato di valvola di regolazione della portata, installato prima dell’organo di adduzione del gas
all’interno del feeder. Non è possibile metterne uno all’uscita in quanto la miscela di polveri e gas danneggerebbe sia il flussimetro che la valvola regolatrice del flusso. (il flussimetro scelto dev’essere controllato tramite PLC) La portata massica del gas di schermatura
deve poter essere regolata tra 2 e 20 [l/min]]
Il sistema è dotato di un circuito separato che controlla il flusso del carrier gas tramite l’ausilio di un flussimetro dotato di valvola di
regolazione del flusso. (il tutto controllato tramite plc)
Da evitare la segregazione dei componenti della lega.
Il sistema è dotato di due agitatori per rimescolare le polveri, tutta via per evitare questo fenomeno si consiglia di utilizzare polveri di uguale peso specifico oppure di preparare un “lingotto” composto dalla lega desiderata e di polverizzarlo o di caricare ogni componente in un feeder diverso.
Il feeder deve disporre di un sistema di
monitoraggio e controllo della portata massica di polveri e gas
Per controllare la portata massica di polvere presente nel gas viene utilizzato un sensore ad infrarosso, la portata massica delle polveri viene poi rilevata in base alla quantità di luce rilevata dal ricevitore. Non è possibile
monitorare e controllare il gas mescolato alle polveri, in quanto questa combinazione di elementi rovinerebbe tutti gli strumenti necessari a tale scopo
12 Riferimenti
Bibliografia