MICRO-CUTTING OF DIFFICULT-TO-CUT-MATERIALS

The objective of this Ph.D. thesis is to study the micro-cutting (micro-milling) of difficult-to-cut materials, devoted to the biomedical applications. In the first part of this work the interest is aimed to the process and understanding the cutting mechanisms at this scale, in order to choose the most suitable cutting conditions on the basis of the final application. The actual state-of-the-art in the micro-manufacturing technologies with the target to the micro-milling process was investigated, with the aim of a better understanding of the cutting process and its mechanisms at micro-level. In particular, up to now, the machinability of difficult-to-cut metals have not been deeply investigated under micro-milling conditions, especially in combination with additive manufacturing (AM) technologies, such as Electron Beam Melting (EBM) and Direct Laser Sintering (DLS), which are more and more used in industry, especially in a biomedical field. In the second part of this thesis different AM techniques will be studied and their influence on the final material properties especially in relation to the biomedical implants and their function. Third part of this work consists of the micro-cutting experiments conducted on Ti6Al4V biomedical alloy produced by different AM techniques. Their performances in micro-cutting world are studied and compared especially in the regards of the final applications, thus the most relevant parameters are studied as the quality of the surface finish, burrs formation, microstructural alterations, surface defect, tool state after machining etc.

L'obiettivo di questa tesi di dottorato è di studiare il micro-taglio (micro-fresatura) di materiali difficili da tagliare, impiegati nelle applicazioni biomediche. Nella prima parte di questo lavoro l'interesse è rivolto al processo e alla comprensione dei meccanismi di taglio in questa scala, per scegliere le condizioni di taglio più adatte sulla base della applicazione finale. E’ stato studiato lo stato dell’arte nelle tecnologie di micro produzione con lo scopo di comprendere il processo di micro fresatura, in modo da raggiungere una migliore comprensione del processo di taglio e dei suoi meccanismi a livello microscopico. In particolare, fino ad oggi, la lavorabilità dei metalli difficili da tagliare non è stata approfonditamente indagata in condizioni di micro-fresatura, specialmente in combinazione con le tecnologie di produzione additiva(AM), come ad esempio l’Electron Beam Melting (EBM) e la sinterizzazione laser diretta (DLS), che sono sempre più utilizzati nell'industria, in particolare in campo biomedico. Nella seconda parte di questa tesi verranno studiate diverse tecniche AM e loro influenza sulle proprietà del materiale finale, soprattutto in relazione agli impianti biomedici e alla loro funzione. La terza parte di questo lavoro è costituita da esperimenti di micro-taglio condotti su Ti6Al4V, lega biomedica prodotta con diverse tecniche di AM. Le loro prestazioni nel mondo del micro-taglio sono studiate e confrontate soprattutto in funzione delle applicazioni finali, per cui sono stati studiati i parametri più rilevanti, come la qualità della finitura superficiale, la formazione di bave, alterazioni microstrutturali, difetti superficiali, stato dello strumento dopo la lavorazione, et cetera.