Taglio Laser
Le attività di Ricerca nel settore delle applicazioni
industriali dei laser sono iniziate con lo studio e la modellazione del taglio
laser. Durante questo periodo si sono affrontate le problematiche della
modellazione e dell’ottimizzazione del taglio di leghe ferro-carbonio e di
leghe di alluminio. In particolare, si sono affrontate le problematiche del
taglio rettilineo e curvilineo, in presenza ed in assenza di gas di assistenza
reattivi, sulla geometria del solco di taglio, in termini di profiondità e di
larghezza, di formazione della fase liquida e dell’estensione delle zone
termicamente alterate anche in presenza di plasmi indotti. La
modellazione è stata tridimensionale e gli ambienti di calcolo sono stati Matlab
e Mathematica. Tutti i modelli sono correlati di prove sperimentali di
validazione.
Saldatura Laser, Saldatura ad Arco e Saldatura Ibrida
Laser-Arco
Il tema delle saldature è stato affrontato sia per
sorgenti energetiche ad alta densità, come il laser, che per sorgenti a bassa
densità, come l’arco elettrico. L’inizio delle attività ha portato a sviluppare
un modello del processo stazionario e bidimensionale, elaborato in ambiente
Matlab, in cui si predeterminava la profondità di saldatura e la forma del
key-hole in funzione dei parametri di processo, della presenza del plasma e
delle riflessioni multiple del raggio nel key-hole. Successivamente si sono
affrontate le problematiche legate alla saldatura ibri- da Laser-Arco da un
punto di vista di vista sperimentale: sono state investigate le modalità di
funzionamento ottimale del processo in relazione ai gas utilizzati, per la
copertura del giunto e generazione dell’arco, alla protezione da- gli agenti
atmosferici contaminanti, alla disposizione delle sorgenti e delle potenze in
gioco ed alle modalità di trasferimento dell’arco, corto, spray e pulsato.
Infine sono stati presentati i risultati più recenti volti a legare ai
parametri di processo alla numerosità e alle dimensioni delle porosità nelle
saldature ibride di leghe di alluminio 6082 rilevate da analisi ai raggi X. In
tutti questi lavori la determinazione dei parametri ottimali è avvenuta
mediante analisi della varianza e tecniche DOE. Le attività più recenti
riguardano studi di fattibilità di saldature con laser di bassa potenza fra
metallo e plastica. I materiali esaminati sono stati 3 leghe metalliche
differenti: AISI304, TiAl6V4 e Al5182 saldati con PA, PET, PC, gomma
siliconica, PA rinforzato con fibra di vetro e PA rinforzato con fibra di
carbonio.
Ablazione Laser
L’attività svolta ha avuto come fine quello di
sviluppare degli strumenti di calcolo aventi come obiettivo il supporto
all’ottimizzazione del processo di ablazione dei metalli. In particolare, di
individuare le grandezze di processo significative e variabili nel tempo come
la distribuzione di temperatura nel materiale ed il rateo di materiale
asportato in funzione dei parametri laser e delle scelte dei percorsi laser
adottati. Il rifermento è stato sempre a laser di largo utilizzo industriale
come i laser Q-swtich comandati con specchi galvanometrici. Da un lato ci si è
concentrati nello sviluppo di un modello numerico che comprendesse tutti gli
aspetti fisici del problema dall’altro nella messa a punto di un modello
semplificato che mediante auto-apprendimento potesse predeterminare le
condizioni ottimali di scavo. Nel primo caso si tratta di un modello
analitico tridimensionale non stazionario in grado di modellare la geometria
del solco e la geometria della piuma scritto in ambiente C++ mentre nel secondo
caso si tratta di una procedura basata su equazioni di regressione statistiche.
Gli ultimi studi nel settore di ricerca in oggetto riguardano la creazione di
micro canali su vetri e guide d’onda su materiali ottici con laser al femtosecondo
per applicazioni nel settore medicale-biologico e delle telecomunicazioni..
Trattamento Termico Laser
L’attività di ricerca nell’ambito dei trattamenti
termici superficiali in leghe Fe-C mediante laser si è sviluppata in due filoni
fondamentali: modellazione numerica e simulazione di processo ed applicazioni
sperimentali su componenti industriali. La prima attività ha comportato la
messa a punto di modelli numerici per la previsione del campo termico indotto
nel materiale dall’interazione con la radiazione laser, della diffusione di
elementi leganti all’interno del materiale dovuta al ciclo termico, delle
trasformazioni microstrutturali e del rinvenimento eventualmente dovuto
all’interazione tra passate ravvicinate in condizioni non stazionarie ed in presenza
di cicli ad altissimi gradienti termici. In particolare si è reso necessario
sviluppare modelli originali per le trasformazioni in austenite e per il
rinvenimento post tempra tenendo in considerazione che le considerazioni
derivanti dal digramma Fe-C non sono applicabili nei trattamenti laser. Tali
modelli sono stati implementati all’interno del software LHS (Laser Hardening
Simulator) appositamente realizzato in C++ per simulare in maniera completa il
trattamento termico mediante laser. Tale strumento consente di prevedere non
solo le strutture metallurgiche derivanti dal trattamento termico, ma anche la
distribuzione dei profili di durezza nella zona trattata sia in condizioni di
passata singola che di passate multiple anche tenendo in considerazione le
diverse strategie di passata. La seconda parte dell’attività ha comportato la
realizzazione di numerose prove sperimentali su materiali differenti (acciai al
carbonio e inossidabili) e utilizzando diverse sorgenti laser (CO2, fibra,
diodi), sia su compo- nenti di geometria semplice che complessa (corpi cavi,
profili dentati, scanalature). La suddetta attività è stata sviluppata con il
duplice scopo di caratterizzare il processo da un punto di vista di una
potenziale applicazione industriale e di validare i risultati ottenuti mediante
l’applicazione del software LHS.
Pallinatura Laser
In questo settore si è lavorato per la messa a
punto di un codice numerico di simulazione e per lo sviluppo di un processo
innovativo basato su 2 sorgenti laser in grado di prevedere le tensioni superficiali residue a valle dell'applicazione di opportune sorgenti laser
Attività di Ricerca in Dinamica delle Macchine
Utensili e Forze di Taglio
L’attività di ricerca ha come obiettivo finale la
messa a punto di un ambiente virtuale per la simulazione delle lavorazioni
meccaniche su centri di lavoro. Tale obiettivo è stato perseguito creando
modelli sempre più dettagliati della struttura meccanica, del sistema di
controllo e del generatore di traiettorie. La modellazione è stata condotta sia
con modelli a parametri concentrati sia mediante FEM con approccio multi-body
della parte meccanica. Il sistema di controllo è stato dettagliato prevedendo
il controllo del jerk, ed il generatore di traiettorie implementava modelli di
feedforward. Inoltre, sono stati inseriti anche modelli sofisticati per gli
attriti degli organi in movimento per cercare di simulare al meglio gli errori
di inversione del moto. Particolare attenzione è stata data anche alla facilità
d’uso del software sviluppando finestre grafiche di guida all’utente per
l’inserimento dei valori di input.
