Grade2XL, seuraava askel Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)

WAAM-teknologian avulla voidaan tuottaa suuria työkappaleita paikallisesti, ja monimateriaalitulostus on myös tärkeä ainutlaatuinen myyntivaltti. WAAM ei rajoitu yhteen materiaaliin, vaan voi rakentaa työkappaleita useista materiaaleista. Tämä tarjoaa mahdollisuuden rakentaa suuri tuote, jossa vain kuori on kalliimpaa korroosion- tai kulutuksenkestävää materiaalia ja ydin halvempaa materiaalia. Tutkiakseen, mitä kaikkia näitä mahdollisuuksia voidaan hyödyntää laajemmassa mittakaavassa, WAAM-teknologiaa kehitetään edelleen yhdessä 20 kumppanin (mukaan lukien Valk Welding) kanssa ympäri Eurooppaa Grade2XL-projektissa. EU:n taloudellisella tuella WAAM-teknologiaa kehitetään seuraavien 4 vuoden aikana taloudellisesti kannattavaksi ja kestäväksi vaihtoehdoksi perinteisille teknologioille.

Grade2XL-projektia varten Autodesk on nyt asentanut 3D-tulostuskontin Valk Weldingille. Järjestelmässä on kaksi hitsausrobottia, jotka tulostavat monimateriaaliosia uusilla sovelluksilla, kuten jäähdytyskanavilla. Air Productsin kryogeeninen jäähdytys- ja lämpötilanhallintajärjestelmä otetaan myös käyttöön. Tämä mahdollistaa tulostusnopeuden lisäämisen, jäähdytysaikojen lyhentämisen, inertin ilmapiirin luomisen työalueelle ja siten tuottavuuden ja tuotteen laadun merkittävän parantamisen, samalla kun säilytetään ihanteelliset lämpötilaolosuhteet.

Tämä projekti on saanut rahoitusta Euroopan unionin Horizon 2020 -tutkimus- ja innovaatio-ohjelmasta avustussopimuksen nro 862017 mukaisesti.

RAMLABin ja Valk Weldingin ainutlaatuinen yhteistyö

RAMLAB, Euroopan ensimmäinen WAAM-teknologian kenttälaboratorio, on osoittanut, että se voi tulostaa tärkeitä osia teollisiin sovelluksiin WAAM-teknologialla, kuten Damenin hinaajan sertifioidun laivapotkurin. RAMLABin Vallourecin puolesta suorittamat alkuperäiset testit johtivat sopimuksen myöntämiseen Valk Weldingille 3D-tulostussolun rakentamiseksi.

Vincent Wegener, RAMLABin toimitusjohtaja, sanoo: "Tuotteemme, MaxQ, koostuu antureista ja ohjelmistomoduulista, jonka olemme kehittäneet varmistaaksemme maksimaalisen laadun sertifioidun tulostetun osan saamiseksi. Edistynyt valvonta- ja ohjausohjelmisto seuraa prosessiparametreja reaaliajassa. Lisäksi Autodesk PowerMill CAD -tiedostojen työnkulku Panasonic-hitsausrobotin ohjelmaan on nyt hallittavissa napin painalluksella. MaxQ-järjestelmä on täysin integroitu Valk Weldingin soluun. Juuri tässä yhteistyössä on vahvuutemme ja se tekee meistä ainutlaatuisen Euroopassa."

Super Active Wire

Valk Welding on rakentanut solun, jossa on 2 työasemaa, yksi kiinteällä Siegmund-pöydällä ja toinen viisiakselisella manipulaattorilla. Molemmat työasemat on varustettu enintään 2 m korkeille, ø 800 mm ja 500 kg painaville työkappaleille. Lisäksi Valk Weldingin haasteena oli pystyä lisäämään hitsausnopeutta ilman materiaalin vaurioitumisriskiä. Tätä varten käytettiin Panasonic-hitsauspoltinta, jossa on integroitu servomoottori, joka tukee myös Panasonic Super Active Wire -prosessia.

SAW-prosessissa hitsauslanka liikkuu edestakaisin suurella taajuudella, mikä mahdollistaa suuremman materiaalimäärän sulamisen tunnissa rajoitetulla lämmöntuonnilla.

Konseptin todistus

"WAAM-teknologian etuna on, että perusmateriaalina tarvitaan vain tavallinen lanka, toisin kuin koneistusprosessissa, joka vaatii erityisen työkalun. Riippumatta teknologiasta, olipa kyseessä 3D-tulostus tai perinteinen koneistus, öljy- ja kaasuteollisuuden asiakkaamme odottavat sertifioitua tuotetta, joka täyttää korkeimmat laatuvaatimukset. Haasteemme on vakuuttaa heidät siitä, että voimme toimittaa heidän osansa, jotka täyttävät nämä odotukset. Tässä luotamme edelläkävijäasiakkaisiimme, jotka haluavat olla osa tätä innovaatiota.

WAAM-prosessin parametrien optimointi, joka suoritetaan ennen osan valmistusta, mahdollistaa materiaalin ominaisuuksien räätälöinnin. Yhdessä Panasonicin Super Active Wire -prosessin (SAWP) kanssa saavutettiin vakaa kaari ja minimaalinen roiske. Hitsauskotelon ja ylimääräisen suojakaasun (argon, Ar) ansiosta varmistettiin inertti ympäristö, jossa on vähän epäpuhtauksia.

Prosessiparametrien optimoinnin jälkeen tulostusta laajennettiin fyysisesti tulostamalla mallikappaleita strategian tutkimiseksi (kuva 1). Kokeellinen vaihe päättyi kiinteän lohkon (tai 'esirakenteen') valmistukseen vetokokeita varten x-y-z-suunnissa. Ennen mekaanisia testejä esirakenne kävi läpi liuotuskäsittelyn ja ikääntymisen. Kuva 2 näyttää esirakenteen mekaanisten testien tulokset. Pituuden tuloksissa näkyy tyypillinen anisotrooppinen käyttäytyminen. Tämä voi johtua lämmönlähteen aiheuttamasta suuntautuneesta raekasvusta. Kokonaistulos osoittaa, että WAAM-materiaalilla on verrattavissa olevat mekaaniset ominaisuudet 3D-tulostetun AM Ti-5 -lankasyötteen kanssa. Mekaanisten testien jälkeen alkuperäinen komponentti suunniteltiin uudelleen lähelle lopullista muotoa oleva CAD-malli. Tämän toiminnon aikana lisättiin ylimääräistä materiaalia, jotta lopullinen muoto voidaan koneistaa.

Kuva 3 näyttää tuloksena olevan komponentin. On mielenkiintoista huomata, että koko osassa ei ole värimuutoksia, mikä on merkki epäpuhtauksista vapaasta ympäristöstä. Tulostuksen aikana prosessiparametrit kirjattiin MaxQ-valvonta- ja ohjausjärjestelmäämme myöhempää tiedon analysointia varten. Osa lähetettiin lopulta viimeistelyyn lopulliseen muotoon. Verrattuna komponentin hankkimiseen taotusta lohkosta, RAMLAB säästi 50 % materiaalista ja jatkokehityksellä on mahdollista saavuttaa 70 %:n vähennys.

Tämän projektin myötä RAMLAB osoitti GMAW-WAAM-järjestelmän potentiaalin Ti6Al4V-metalliosien tulostuksessa. Teemme yhteistyötä useiden laitosten kanssa tutkiaksemme tätä aihetta edelleen. Teimme pienen mutta tärkeän läpimurron Ti6Al4V-osien GMAW-WAAM:ssa, pääsemällä askeleen lähemmäksi asiakkaidemme mahdollisuutta tulostaa Ti6Al4V-osia.

Erityiskiitokset kumppaneillemme: Hittech, AirProducts, Valk Welding, Autodesk, Cavitar, Element, TWI, Voestalpine Böhler Welding ja AMable-aloite. Jos olet kiinnostunut oppimaan lisää titaaniosien Wire Arc Additive Manufacturing -tekniikasta, ota yhteyttä.
www.ramlab.com

Kuva 3. Osan puolikkaan jyrsinnän jälkeen