Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) suscită un mare interes în domeniul industrial. Producţia cu ajutorul construcţiei în straturi bazate pe arcul electric permite o mare flexibilitate în geometria componentelor. În special în construcţia de prototipuri şi pentru seriile mici, WAAM este mai rentabil decât alte procedee aditive pentru metal. Decisiv pentru calitatea componentelor produse este procedeul de sudare: Cold Metal Transfer de la Fronius oferă cele mai bune condiţii.
Metodele de producţie aditive generează componente prin depunerea în straturi a materialului. Cel mai cunoscut exemplu este imprimarea 3D. La fel şi metoda WAAM, care se bazează pe sudarea cu arc electric, creează piese din metal strat cu strat cu ajutorul unei sârme-electrod fuzibile pentru sudare. Astfel de metode generative reprezintă un avantaj mai ales atunci când trebuie să se producă componente cu geometrii complexe. Diversitatea formelor aproape că nu cunoaşte graniţe. În plus, piesele se pot produce rentabil într-un timp foarte scurt – o opţiune interesantă mai ales pentru construcţia de prototipuri şi pentru seriile foarte mici. Timpul de prelucrare, uzura sculelor, precum şi pierderea de material care caracterizează aşchierea – mai ales în cazul metodei convenţionale a producerii piesei prin frezare dintr-un bloc – constituie un efort suplimentar considerabil.
Ce este WAAM?
Există diverse procedee de producţie generative pentru metal. Diferenţa fundamentală se face între procedeele pe bază de pulbere şi procedeele pe bază de sârmă. La procedeele pe bază de pulbere, se topeşte pulberea de metal. Cea mai uzuală variantă, metoda cu pat de pulbere, se distinge printr-o precizie înaltă, dar este lentă în producţie. În schimb, procedeele bazate pe sârmă topesc un material de adaos sub formă de sârmă, creând componenta în acest fel. Pentru aceasta se utilizează laserul, fasciculul electronic sau arcul electric. Aceste procedee prezintă rate de depunere înalte, contribuind astfel la scurtarea timpilor de producţie.
Wire Arc Additive Manufacturing face parte dintre procedeele pe bază de sârmă şi foloseşte sudarea cu arc electric cu electrod fuzibil în mediu protector de gaz (MIG/MAG). WAAM se distinge prin avantaje diverse: Obţine rate de depunere mari – în prezent, de până la patru kilograme pe oră la materialele din oţel. Soluţiile multi-sârmă ar putea pe viitor să facă posibile rate de depunere încă şi mai mari. Inclusiv costurile pentru instalaţii şi materiale reprezintă criterii importante: WAAM presupune numai utilizarea unui sistem de sudare adecvat. Nu sunt necesare instalaţii speciale scumpe, cum sunt camerele de vid, care se utilizează la mai rapidul procedeu cu fascicul electronic.
Prin comparaţie cu procedeul pe bază de pulbere, WAAM convinge şi prin disponibilitatea simplă a diverselor sârme deja certificate. La metoda pe bază de pulbere, gama de materiale este încă redusă, pentru că certificările corespunzătoare şi întocmirea fişelor de date durează adesea ani de zile, iar utilizarea pulberii metalice este încă relativ nouă.
Procedeu de sudare „rece“ pentru o structură stabilă în straturi
Pentru producţia de componente cu WAAM, stabilitatea procedeului de sudare utilizat şi evacuarea căldurii sunt decisive. Procedeul de sudare trebuie să fie cât mai „sărac în energie“, deci cât mai „rece“, pentru ca straturile din partea de jos să nu se topească din nou. În plus, stratul de sudură trebuie să fie continuu, fără stropi şi uniform. Dacă ar interveni o defecţiune, aceasta s-ar extinde în straturile de sudură de deasupra.
Procedeul de sudare cu arc electric cu electrod fuzibil în mediu de gaz protector CMT de la Fronius, precum şi variantele aferente de reglare a procedeului îndeplinesc aceste cerinţe. Acestea se disting printr-un arc electric stabil şi un scurtcircuit controlat cu durate lungi ale scurtcircuitului. În acest fel, energia liniară este mai redusă, iar transferul de material se face aproape fără stropi. Acest lucru ajută la evitarea erorilor.
Două variante de reglare a procedeului CMT sunt adecvate în acest scop. Una dintre ele este caracteristica de proces optimizată pentru WAAM CMT additive. Aceasta obţine rate de depunere bune şi introduce chiar şi mai puţină căldură în componentă. Varianta CMT Cycle Step reduce încă o dată puterea arcului electric, prin dezactivare ţintită în timpul fazei de proces. Procedeul deosebit de „rece“ necesită totuşi mai mult timp pentru depunerea straturilor, pentru că rata de depunere este mai redusă.
Aplicaţii WAAM în practică
Numeroase componente WAAM au fost deja produse în diverse ramuri industriale cu tehnică de sudare Fronius: Bunăoară paletele de ventilator, aşa cum sunt ele utilizate în industria electronică, sunt din materiale de înaltă calitate. Frezarea piesei este costisitoare având în vedere consumul mare de material, iar turnarea pieselor cu pereţi subţiri de aproximativ 1,5 milimetri este cel mai adesea critică. Cu metoda WAAM pe bază de CMT Cycle Step, astfel de palete de ventilator s-au putut produce în manieră aditivă, din aliaj pe bază de nichel. Inclusiv reparaţia componentelor este posibilă cu WAAM.
O altă utilizare a fost implementată de Fronius împreună cu un partener din industria aeronautică: Titanul, des utilizat în această industrie, se caracterizează prin rezistenţă la tracţiune, rezilienţă, stabilitate la coroziune şi greutate mică. O mare parte dintre componente se produc subtractiv, 90 de procente din material fiind îndepărtat prin frezare. Acest lucru implică costuri ridicate, durate mari de prelucrare şi o uzură costisitoare a sculelor. Dimpotrivă, componentele produse cu WAAM trebuie doar finisate pentru a obţine o suprafaţă netedă. Componenta din titan produsă aditiv prin CMT nu prezintă erori de legătură, iar caracteristicile metalurgice sunt şi ele convingătoare. În acest fel, costurile pentru scule, durata de prelucrare şi uzură se reduc, ceea ce face ca ansamblul costurilor de prelucrare să fie mai mic.
WAAM: rentabil şi versatil
WAAM reprezintă deci o alternativă rentabilă şi cu multe aplicaţii în producţie. Datorită tehnicii de sudare de la Fronius, procedeul aditiv poate fi implementat ireproşabil cu tehnologie CMT.
