Grade2XL, næste trin i Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)

Udover muligheden for at producere store emner lokalt med WAAM-teknologi er multimateriale anvendelse også et vigtigt unikt salgsargument. WAAM er ikke begrænset til et materiale, men kan bygge emner af flere materialer. Dette giver mulighed for at bygge et stort produkt med kun skallen i et dyrere korrosions- eller slidbestandigt materiale og kernen i et billigere materiale.

For at undersøge, hvad du kunne gøre med alle disse muligheder på et større niveau, bliver WAAM nu videreudviklet sammen med 20 partnere (inklusive Valk Welding) fra hele Europa i Grade2XL-projektet. Med økonomisk støtte fra EU vil WAAM blive videreudviklet i løbet af de næste 4 år som et økonomisk bæredygtigt og et alternativ til konventionelle teknologier.

For Grade2XL-projektet er 3D-printerbeholderen fra Autodesk nu opsat hos Valk Welding.
Med 2 svejserobotter i ét system vil multimaterialedele med nye applikationer såsom kølekanaler blive svejseprintet der.
Cryo Easy-løsningen fra Air Products vil blive brugt, hvilket gør det muligt at printe med flere kilo i timen uden risiko for overophedning.

Dette projekt har modtaget støtte fra Den Europæiske Unions Horizon 2020-forsknings- og innovationsprogram under tilskudsaftale nr. 862017.

Et unikt samarbejde mellem RAMLAB og Valk Welding.

RAMLAB, Europas første Fieldlab, har bevist, at det kan udskrive vigtige dele til industrielle applikationer med WAAM-teknologi, såsom den certificerede propel til bugserbåden Damen. De første tests udført af RAMLAB på vegne af Vallourec førte til opgaven til Valk Welding til opførelse af 3D-udskrivningscellen.
Vincent Wegener, administrerende direktør for RAMLAB: "Vores produkt, MaxQ, består af en række sensorer og et softwaremodul, som vi har udviklet for at sikre maksimal kvalitet for at opnå en certificeret udskrevet del. Den avancerede overvågnings- og kontrolsoftware overvåger procesparametrene. i realtid. Desuden styres arbejdsgangen fra Autodesk PowerMill CAD-filer til et program til Panasonic-svejserobotten nu med et tryk på en knap. MaxQ-systemet er fuldt integreret i Valk Welding-cellen. Det er netop i dette samarbejde, at vores styrke og det gør os unikke i Europa ”.

Super Activ Wire

Valk Welding har bygget en celle med 2 arbejdsstationer, en med et fast Siegmund-bord og en anden med en femakset manipulator. Begge arbejdsstationer er udstyret til emner op til 2 m høje, ø 800 mm og en kapacitet på 500 kg.
Desuden var udfordringen for Valk Welding at være i stand til at øge svejsehastigheden uden at risikere at beskadige materialet. Til dette blev der brugt en Panasonic-svejsebrænder med en integreret servomotor, som også understøtter Super Active Wire-processen.
I SAW-processen bevæger svejsetråden frem og tilbage med en høj frekvens, så mere materiale smeltes i timen med begrænset varmeindgang.

Bevis for koncept

"Fordelen ved WAAM-teknologi er, at der kun er brug for en standardtråd som grundmateriale i modsætning til den bearbejdningsproces, der kræver et specifikt værktøj. Uanset teknologi, hvad enten det er 3D-udskrivning eller traditionel bearbejdning, forventer vores kunder i olien og gasindustrien et certificeret produkt, der lever op til de højeste kvalitetsstandarder, og vores udfordring er at overbevise dem om, at vi kan levere deres dele, der opfylder disse forventninger, ved at stole på vores banebrydende kunder, der ønsker at være en del af denne innovation.

Figur 2. Trækprøveresultater på WAAM Ti6Al4V præ-build sammenlignet med 3Dprint AM Ti-5 ledningsråmateriale i x-y-z retningerne
Figur 3. Efter fræsning af halvdelen af delen

WAAM-procesparameteroptimering, der udføres inden fremstillingen af en del, giver mulighed for at skræddersy materialegenskaber. I kombination med Panasonics Super Active Wire Process (SAWP) blev der opnået en stabil lysbue og et minimumsstænk. En svejseindeslutning og ekstra beskyttende argon (Ar) sikrede et inert miljø med lavt niveau af forurenende stoffer.

Efter procesparameteroptimering blev udskrivningen fysisk opskaleret ved udskrivning af mock-ups til strategiundersøgelse (figur 1). Den eksperimentelle fase afsluttedes med fremstilling af en solid blok (eller 'pre-build') til trækprøvning i x-y-z retningerne. Forud for den mekaniske test gennemgik præ-build løsningsbehandling og aldring.

Figur 2 viser resultaterne af den mekaniske test af præ-build. En typisk anisotrop adfærd er synlig i forlængelsesresultaterne. Dette kan skyldes den foretrukne kornvækst induceret af varmekilden. Det samlede resultat viser, at WAAM-materialet har sammenlignelige mekaniske egenskaber med 3Dprint AM Ti-5 trådråmateriale.

Efter den mekaniske test blev CAD-modellen med næsten netform formet ved at redesigne den originale komponent. Under denne operation blev yderligere materiale tilføjet for at muliggøre bearbejdning af det endelige netformede design.

Figur 3 viser den resulterende komponent. Interessant at bemærke fraværet af misfarvning på hele siden, et tegn på et miljø uden forureninger. Under udskrivningen blev procesparametre logget ved hjælp af vores MaxQ overvågnings- og kontrolsystem (figur 4) til yderligere dataanalyse. Delen blev endelig sendt til endelig efterbehandling til netformdesignet. Sammenlignet med at hente komponenten fra en smedet blok sparer RAMLAB 50% af materialet, og med yderligere forbedringer er det muligt at nå 70% reduktion.

Med dette projekt viste RAMLAB potentialet i GMAW-WAAM-systemet til udskrivning af Ti6Al4V metaldele. Vi samarbejder med flere institutioner for at undersøge dette emne yderligere. Vi lavede et lille, men vigtigt gennembrud i GMAW-WAAM af Ti6Al4V-dele og fik et skridt nærmere for vores kunder at udskrive Ti6Al4V-dele.

Speciel tak til vores partnere: Hittech, AirProducts, Valk Welding, Autodesk, Cavitar, Element, TWI, Voestalpine Böhler Welding og AMable-initiativet.

Hvis du er interesseret i at lære mere om Wire Arc Additive Manufacturing af titandele, skal du kontakte.
www.ramlab.com

Figur 1. Opskaler processen fra enkeltperler til 3D-udskrevet blok