Grade2XL, další krok v aditivní výrobě pomocí svařovacího oblouku (WAAM)

Kromě možnosti na v místě potřeby vyrábět velké výrobky pomocí technologie WAAM, je důležitým využitím také “tisk” z více materiálů. WAAM není omezen na jeden materiál, ale může vyrábět z více materiálů. To nabízí možnost výroby velkého produktu pouze s tenkou vrstvou dražšího materiálu v místě takové potřeby (např. odolného proti korozi nebo opotřebení) a s jádrem z levnějšího materiálu. Abychom prozkoumali, co by se mohlo všemi těmito možnostmi realizovat na větší úrovni, tak nyní se v rámci projektu Grade2XL je WAAM dále vyvíjen společně s 20 partnery (včetně společnosti Valk Welding) z celé Evropy. S finanční podporou EU bude WAAM v příštích 4 letech dále rozvíjen jako ekonomicky životaschopná a udržitelná alternativa k konvenčním technologiím.

U projektu Grade2XL je nyní ve společnosti Valk Welding instalován kontejner pro 3D tisk vyrobený pro společnost Autodesk. Se 2 svařovacími roboty v jednom systému se tam budou tisknout součásti z více materiálů pro nové aplikace (např. chladící kanály). Bude použito řešení Cryo Easy od společnosti Air Products, které umožňuje zvýšit množství uloženého materiálu (kg/h) bez rizika přehřátí.

Tento projekt je financován z programu Evropské unie pro výzkum a inovace Horizont 2020 na základě grantové dohody č. 862017.

Unikátní spolupráce mezi společnostmi RAMLAB a Valk Welding.

RAMLAB, první Fieldlab v Evropě, prokázal, že dokáže tisknout důležité součásti pro průmyslové aplikace s technologií WAAM, jako je certifikovaná lodní šrouby remorkéru Damen. První testy provedené společností RAMLAB pro společnost Vallourec vedly k zadání zakázky společnosti Valk Welding na konstrukci buňky pro 3D tisk.

Vincent Wegener, výkonný ředitel RAMLAB: "Náš produkt, MaxQ, se skládá ze sady senzorů a softwarového modulu, který jsme vyvinuli, abychom zajistili maximální kvalitu pro získání certifikovaného tištěného dílu. Pokročilý monitorovací a kontrolní software sleduje parametry procesu. v reálném čase. Kromě toho je nyní konverze souborů ze zdroje v CAD Autodesk PowerMill do programu pro svařovací robot Panasonic záležitostí stisku jednoho tlačítka. Systém MaxQ je plně integrován do buňky Valk Welding. Právě v této spolupráci naše síla a díky tomu jsme v Evropě jedineční “.

Super Active Wire

Společnost Valk Welding postavila buňku se 2 pracovními stanicemi, jednu s pevným stolem Siegmund a druhou s pětiosým manipulátorem. Obě pracovní stanice jsou vybaveny pro výrobky vysoké až 2 m, ø 800 mm a hmotnosti do 500 kg.
Úkolem společnosti Valk Welding bylo navíc dokázat zvýšit rychlost ukládání materiálu (kg/h), aniž by hrozilo riziko poškození materiálu. K tomu byl použit svařovací hořák Panasonic s integrovaným servomotorem, který podporuje také proces Super Active Wire.
V procesu Super Active Wire se svařovací drát pohybuje tam a zpět vysokou frekvencí, což umožňuje roztavit více materiálu za hodinu s omezeným vstupem tepla.

Ověření konceptu

"Výhodou technologie WAAM je, že jako základní materiál je zapotřebí pouze standardní drát, na rozdíl od procesu obrábění, který vyžaduje konkrétní nástroj. Bez ohledu na technologii, ať už 3D tisk nebo tradiční obrábění, naši zákazníci v olejářském a plynovém průmyslu očekávají certifikovaný produkt, který splňuje ty nejvyšší standardy kvality, a naší výzvou je přesvědčit je, že můžeme dodávat jejich díly, které splňují tato očekávání, a to tím, že počítáme s našimi průkopnickými zákazníky, kteří chtějí být součástí této inovace.”

Obrázek 1. Proces zvětšení z jednotlivých housenek na 3D tištěný blok

Obrázek 2. Výsledky zkoušky tahem na předpřipravené konstrukci WAAM Ti6Al4V ve srovnání se základním materiálem drátu 3Dprint AM Ti-5 ve směrech x-y-z

Optimalizace parametrů procesu WAAM, která se provádí před výrobou součásti, umožňuje přizpůsobit vlastnosti materiálu. V kombinaci s procesem Super Active Wire Process (SAWP) společnosti Panasonic bylo dosaženo stabilního oblouku a minimálního rozstřiku. Ochranná skříň a extra ochranný argon (Ar) zajišťovaly inertní prostředí s nízkou úrovní kontaminantů.

Po optimalizaci parametrů procesu na jednotlivých housenkách byl tisk fyzicky zvětšen tiskem vzorků pro určení strategie (obrázek 1). Experimentální fáze pak skončila výrobou pevného bloku (neboli „pre-buildu“) pro pevnostní zkoušky ve směrech x-y-z. Před mechanickým testováním podstoupil “pre-build” teplené zpracování a stárnutí.

Obrázek 2 ukazuje výsledky mechanických zkoušek pre-buildu. Ve výsledcích prodloužení je viditelné typické anizotropní chování. To může být způsobeno preferenčním růstem zrna vyvolaným zdrojem tepla. Celkový výsledek ukazuje, že materiál WAAM má srovnatelné mechanické vlastnosti jako základní materiál svař. drátu použitého k výrobě. (3Dprint AM Ti-5).

Po mechanickém testování byl vytvořen CAD model s přídavky na základě modelu originální součásti. Během této operace byl přidán další materiál, aby bylo možné poté polotovar opracovat na čistý tvar.

Obrázek 3 ukazuje výslednou součást. Je zajímavé poznamenat, že na celé části není zbarvení, což je známka prostředí bez kontaminantů. Během tisku byly parametry procesu protokolovány pomocí našeho monitorovacího a kontrolního systému MaxQ (obrázek 4) pro další analýzu dat. Díl byl nakonec odeslán k finálnímu obrobení na čistý tvar. Ve srovnání se získáním součásti z kovaného bloku RAMLAB ušetřil 50 % materiálu a s dalšími vylepšeními je možné dosáhnout 70% úspory.

S tímto projektem RAMLAB ukázal potenciál systému GMAW-WAAM při tisku kovových dílů Ti6Al4V. Na dalším výzkumu tohoto tématu spolupracujeme s několika institucemi. Udělali jsme malý, ale důležitý průlom v GMAW-WAAM u dílů Ti6Al4V, čímž jsme se dostali o krok blíže našim zákazníkům k tisku dílů Ti6Al4V.

Zvláštní poděkování patří našim partnerům: Hittech, AirProducts, Valk Welding, Autodesk, Cavitar, Element, TWI, Voestalpine Böhler Welding a iniciativa AMable.

Pokud máte zájem dozvědět se více o aditivní výrobě drátových oblouků z titanových dílů, kontaktujte nás.

www.ramlab.com

Obrázek 3. Po vyfrézování poloviny dílu