Multi-Material Additive Manufacturing of S690/Fe-Mn-Si-Cr-Ni SMA Joints with 30% Enhanced Static and Fatigue Life for Structural Applications through L-DED

Saad Waqar (MSCA Fellow), Alper Kanyilmaz (Supervisor), Ali Gokhan Demir (Co-Supervisor)

L’Unione Europea (UE) è la seconda regione al mondo per produzione di acciaio, con una produzione annua di circa 150 milioni di tonnellate. Poiché la produzione di acciaio rappresenta una delle principali fonti di generazione di rifiuti ed emissioni di CO₂, è urgente adottare strategie di produzione innovative e sostenibili. Questo progetto introduce componenti strutturali in acciaio multi-materiale (MM) realizzati tramite un processo efficiente dal punto di vista delle risorse chiamato Laser Directed Energy Deposition (L-DED). L’approccio proposto mira a superare il tradizionale compromesso tra resistenza e duttilità nelle strutture in acciaio, puntando a un miglioramento minimo del 30% della vita del materiale sotto sforzo. Il processo L-DED consentirà la produzione di componenti in acciaio con uno spreco minimo di materiale e l’integrazione senza soluzione di continuità di leghe dissimili, cosa altrimenti difficile da ottenere con i metodi tradizionali. Le strutture sviluppate dovrebbero mostrare un miglioramento nelle prestazioni complessive lungo il ciclo di vita, riducendo in modo significativo i rifiuti nei settori ad alto consumo di acciaio.

Inizialmente, verrà sviluppato un modello digitale ad alta fedeltà con una precisione predittiva superiore al 90% per simulare, analizzare e ottimizzare il processo L-DED, riducendo così al minimo la necessità di prove sperimentali. Successivamente, i parametri di processo e le strategie di rafforzamento delle interfacce saranno ottimizzati per fabbricare componenti privi di difetti e ad alta densità (oltre il 99% di densità relativa). Infine, la validazione sperimentale confermerà un aumento del 30% della vita utile delle giunzioni strutturali multi-materiale S690/Fe–Mn–Si–Cr–Ni proposte, anche in condizioni di carico statico, dinamico e termico estreme.

I risultati del progetto getteranno le basi scientifiche e tecnologiche per lo sviluppo di componenti in acciaio multi-materiale con prestazioni meccaniche modulabili, posizionando il processo L-DED come una soluzione sostenibile e praticabile per la produzione strutturale avanzata nell’UE e oltre.

Contributo agli SDG: 9, 12, 13