Grade2XL, nästa steg i Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)

Besides the possibility of producing large workpieces locally with WAAM technology, multi-material printing is also an Förutom möjligheten att producera stora arbetsstycken lokalt med WAAM-teknik är utskrift av flera material också ett viktigt och unikt försäljningsargument. WAAM är inte begränsat till ett material utan kan bygga arbetsstycken av flera material. Detta ger möjlighet att bygga en stor produkt med endast skalet i ett dyrare korrosions- eller slitstarkt material och kärnan i ett billigare material. För att undersöka vad du kan göra med alla dessa möjligheter på en större nivå utvecklas nu WAAM vidare tillsammans med 20 partners (inklusive Valk Welding) från hela Europa i Grade2XL-projektet. Med ekonomiskt stöd från EU kommer WAAM att utvecklas vidare under de närmaste fyra åren som ett ekonomiskt hållbart och hållbart alternativ till konventionell teknik.

För Grade2XL-projektet är 3D-utskriftscontainern från Autodesk nu installerad på Valk Welding. Med två svetsrobotar i ett system kommer flera materialdelar med nya applikationer som kylkanaler att skrivas ut där. Ett system för kryogen kylning och termisk hantering från Air Products kommer också att användas. Detta kommer att göra det möjligt att ytterligare öka utläggningshastigheten för tryckning, minska stilleståndstiderna för nedkylning, skapa en inert atmosfär i arbetsområdet och på så sätt öka produktiviteten och produktkvaliteten avsevärt, samtidigt som man bibehåller idealiska termiska förhållanden.

Detta projekt har fått finansiering från Europeiska unionens forsknings- och innovationsprogram Horizon 2020 enligt bidragsavtal nr 862017.

Ett unikt samarbete mellan RAMLAB och Valk Welding.

RAMLAB, Europas första fältlabb för WAAM-teknik, har visat att man kan skriva ut viktiga delar för industriella tillämpningar med WAAM-teknik, till exempel den certifierade fartygspropellern på en bogserbåt från Damen. De inledande testerna som RAMLAB utförde för Vallourecs räkning ledde till att kontraktet tilldelades Valk Welding för byggandet av 3D-utskriftscellen.
Vincent Wegener, verkställande direktör för RAMLAB, säger: "Vår produkt, MaxQ, består av en uppsättning sensorer och en programvarumodul som vi har utvecklat för att säkerställa maximal kvalitet för att få en certifierad utskriven del. Den avancerade övervaknings- och kontrollprogramvaran övervakar processparametrarna i realtid. Dessutom styrs nu arbetsflödet från Autodesk PowerMill CAD-filer till ett program för Panasonics svetsrobot med en knapptryckning. MaxQ-systemet är helt integrerat i Valk-svetscellen. Det är just i detta samarbete som vår styrka ligger och som gör oss unika i Europa".

Super Active Wire

Valk Welding har byggt en cell med två arbetsstationer, en med ett fast Siegmund-bord och en annan med en femaxlig manipulator. Båda arbetsstationerna är utrustade för arbetsstycken upp till 2 m höga, ø 800 mm och en kapacitet på 500 kg.
Dessutom var utmaningen för Valk Welding att kunna öka svetshastigheten utan att riskera att skada materialet. För detta ändamål användes en Panasonic-svetspistol med integrerad servomotor, som också stöder Panasonic Super Active Wire-processen.
I SAW-processen rör sig svetstråden fram och tillbaka med hög frekvens, vilket gör att mer material kan smältas per timme med begränsad värmetillförsel.

Bevis på konceptet

"Fördelen med WAAM-tekniken är att endast en standardtråd behövs som grundmaterial, till skillnad från bearbetningsprocessen som kräver ett specifikt verktyg. Oavsett teknik, vare sig 3D-utskrift eller traditionell bearbetning, förväntar sig våra kunder inom olje- och gasindustrin en certifierad produkt som uppfyller de högsta kvalitetsstandarderna. Vår utmaning är att övertyga dem om att vi kan leverera deras delar som uppfyller dessa förväntningar. För detta räknar vi med våra banbrytande kunder som vill vara en del av denna innovation.

Figur 1. Uppskalad process från enstaka strängar till 3D-utskrivet block
Figur 2. Dragresultat på WAAM Ti6Al4V pre-built jämfört med 3Dprint AM Ti-5 trådmatning i x-y-z-riktningarna

WAAM-processparameteroptimeringen som utförs innan en tillverkning av en del gör det möjligt att skräddarsy materialegenskaper. I kombination med Panasonics Super Active Wire Process (SAWP) uppnåddes en stabil båge och minimalt stänk. Ett svetshölje och extra skyddande argon (Ar) säkerställde en inert miljö med låg nivå av föroreningar.

Efter optimering av processparametrarna skalades upp utskriften fysiskt genom att skriva ut mock-ups för strategiundersökning (figur 1). Experimentfasen avslutades med tillverkning av ett massivt block (eller 'pre-build') för dragprovning i x-y-z-riktningarna. Före det mekaniska testet genomgick förbyggnaden lösningsbehandling och åldrande.

Figur 2 visar resultaten av den mekaniska testningen av detaljen. Ett typiskt anisotropiskt beteende syns i töjningsresultaten. Detta kan orsakas av den föredragna korntillväxten som induceras av värmekällan. De övergripande resultaten visar att WAAM-materialet har jämförbara mekaniska egenskaper med trådmatningsmaterialet 3Dprint AM Ti-5.

Efter den mekaniska testningen skapades en CAD-modell nära nettoform genom att omforma originalkomponenten. Under denna operation tillsattes ytterligare material för att möjliggöra bearbetning av till de slutgiltiga dimensionerna.

Figur 3 visar den färdiga komponenten. Intressant att notera frånvaron av missfärgning på hela delen, ett tecken på en miljö med fri från föroreningar. Under utskriften loggades processparametrar med vårt MaxQ-övervaknings- och kontrollsystem (figur 4) för ytterligare dataanalys. Delen skickades slutligen för slutbehandling för att uppnå de slutgiltiga dimensionera. Jämfört med det den smidda komponenten sparar RAMLAB 50% av materialet och med ytterligare förbättringar är det möjligt att uppnå 70% reduktion.

Med detta projekt visade RAMLAB potentialen i GMAW-WAAM-systemet för utskrift av Ti6Al4V-metalldelar. Vi samarbetar med flera institutioner för att forska vidare om detta ämne. Vi gjorde ett litet men viktigt genombrott i GMAW-WAAM av Ti6Al4V-delar och fick ett steg närmare för våra kunder att skriva ut Ti6Al4V-delar.

Särskilt tack till våra partners: Hittech, AirProducts, Valk Welding, Autodesk, Cavitar, Element, TWI, Voestalpine Böhler Welding och AMable-initiativet.

Om du är intresserad av att lära dig mer om Wire Arc Additive Manufacturing av titandelar, ta gärna kontakt.

www.ramlab.com

Figur 3. Efter fräsning av halva delen