Wire Arc Additive Manufacturing

Produkcja addytywna jest rozsławiona pod nazwą druku 3D. Metoda ta umożliwia szybką i korzystną produkcję coraz większej liczby elementów i towarów — również z metalu, jak w przypadku tzw. Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Metoda spawania łukowego zapewnia znaczne korzyści pod względem czasu i kosztów w licznych zastosowaniach. Szczególnie dobrze nadaje się do tego „zimny” proces spawania CMT opracowany przez firmę Fronius.

Addytywne metody produkcji pozwalają tworzyć elementy praktycznie z niczego — płynny lub sproszkowany materiał jest odkładany warstwami na płytce podstawowej. W przypadku WAAM odbywa się to z pomocą stapianego drutu elektrodowego — główną częścią procesu jest spawanie łukowe. Generatywne techniki produkcyjne nadają się w szczególności do wytwarzania elementów o złożonej geometrii. Ponadto ta technologia pozwala na wytwarzanie elementów w krótkim czasie przy niewielkim koszcie — tym samym zastosowanie WAAM jest zalecane w szczególności w przypadku prototypów i małych serii. W porównaniu z frezowaniem elementu z masywnego bloku czas obróbki, zużycie narzędzi i straty materiałowe są znacznie mniejsze.

OPTY MALNE REZULT ATY „ZIMNEGO” PROCESU SPAWANIA

Podczas produkcji elementów metodą WAAM kluczowa jest stabilność stosowanego procesu i odprowadzanie ciepła. Proces spawania musi wytwarzać jak najmniej energii, aby nie powodować ponownego stapiania niższych warstw. Ponadto spawana warstwa musi być ciągła, bez rozprysków i równomierna. Każda wada przełożyłaby się na kolejne warstwy. Te warunki spełnia „zimny” proces spawania Cold Metal Transfer (CMT) firmy Fronius.

Szczególnie przydatne są dwa warianty regulacji procesu CMT. Jest to po pierwsze zoptymalizowana pod kątem WAAM charakterystyka procesu CMT additive. Osiąga ona dobrą wydajność stapiania i doprowadza jeszcze mniej ciepła do elementu. W wariancie CMT Cycle Step moc łuku spawalniczego jest dodatkowo zredukowana dzięki selektywnemu wyłączaniu w fazie procesu. Nakładanie poszczególnych warstw w tym procesie wymaga jednak więcej czasu ze względu na mniejszą prędkość stapiania.

CO TO JEST WAAM?

Generatywne procesy produkcyjne bazujące na wykorzystaniu drutu, do których należy również WAAM, stapiają spoiwo za pomocą lasera, strumienia elektronów lub łuku spawalniczego i tworzą z niego element. Ta metoda jest z reguły znacznie szybsza niż procesy, w których wykorzystywany jest proszek: wydajność stapiania materiałów stalowych w metodzie WAAM wynosi nawet cztery kilogramy na godzinę. Rozwiązania wielodrutowe mogą dodatkowo zwiększyć ją w przyszłości.

Kolejna zaleta dla użytkownika: WAAM wymaga jedynie odpowiedniego systemu spawania. Zbędne są kosztowne instalacje specjalne. Ponadto do metody spawania łukowego są dostępne liczne, już certyfikowane druty. Wybór materiałów do metody proszkowej jest jeszcze dość ubogi, ponieważ procesy certyfikacji i opracowywania kart charakterystyki trwają często wiele lat, a sproszkowane metale są wykorzystywane od niedawna.

ZASTOSOWANIA WAAM W PRAKTYCE

Przykładem udanego zastosowania WAAM są wiatraki wentylatorów wykorzystywanych w przemyśle elektrycznym. Są one wykonane z wysokiej jakości materiałów. Frezowanie elementu jest kosztowne ze względu na wysokie zużycie materiału. Z kolei odlewanie jest często krytyczne przez małą grubość ścianek, wynoszącą około 1,5 milimetra. Korzystając z charakterystyki CMT Cycle Step, takie łopatki wiatraka wykonane ze stopów niklu można wytwarzać, a nawet naprawiać metodą WAAM w sposób addytywny.

Kolejnym zastosowaniem jest wytwarzanie tytanowych elementów w przemyśle lotniczym. Są one wytwarzane głównie jako elementy frezowane – następuje przy tym utrata nawet 90 procent materiału. Przekłada się to na wysokie koszty, długie czasy obróbki i kosztowne zużycie narzędzi. Z kolei elementy wykonane metodą WAAM wymagają jedynie obróbki wykańczającej, zapewniającej uzyskanie gładkich powierzchni. W elementach wytwarzanych w procesie CMT additive nie występują żadne braki przetopu. Odznacza się on również dobrymi właściwościami metalurgicznymi. Pozwala to na zredukowanie w równym stopniu czasu obróbki, zużycia i kosztów produkcji.