Fabrikazio gehigarria
metaletan

LORTEKeko Metal Additive Manufacturing alorra

Arku eta hari bidezko fabrikazio gehigarriaren teknologia edo wire arc additive manufacutring (WAAM) energia zuzenean jalkitzeko prozesu bat da, non arku-soldadura iturri bat erabiltzen den hari itxurako ekarpen-material bat etengabe urtzeko eta jalkitzeko.

Teknologia horrek aukera ematen du 3Dko piezak kordoiz kordoi fabrikatzeko, geruzak gainjarriz, tamainaren mugarik gabe (soldadura ekipoaren lan-espazioaren araberakoa da muga) eta oso jalkitze tasa altuekin (altzairuen kasuan 4 kg/h eta aluminio eta titanio aleazioen kasuan 2 kg/h arte).

Prozesuan MIG-MAG, TIG eta plasma soldadura-iturriak erabil daitezke, eta hainbat hari aldi berean fusionatzea eta aldi berean jalkitzea ahalbidetzen duten ekipoak ere badaude, aurretik aipatutako jalkitze tasak x2 biderkatuz.

Teknologiak ekarpen-metal konbentzionalekin lan egiteko aukera ematen du eta horrek materialaren kostuak nabarmen murrizten ditu (hauts formatuko aleazio berak baino 10 aldiz gutxiago) eta manipulazioa errazten du. Halaber, prozesua zelula robotizatuetan eta ohiko soldadura-sistema automatikoetan egin daiteke, eta horrek inbertsio eta prestakuntza kostuak minimizatzen ditu.

Muga nagusietako bat piezari azken mekanizazioa aplikatu beharrak sortzen du, izan ere aurreforma bat lortzen da (near-net-shape), eta sortzen diren tentsio eta distortsioak kontrolatzea ere zaila izan daiteke, batez ere oso masa handiko piezetan.

Teknologia honek gaur egun hainbat sektoretan du interesa, hala nola aeroespazialean, ontzigintzan, automobilgintzan, moldeetan eta matrizegintzan, energian eta eraikuntzan (arkitekturan). Balio erantsi handiko materialekin egindako aplikazioak nabarmentzen dira, non erositako materialaren eta amaierakoaren arteko erlazioa (buy-to-fly ratio) oso handia den. Kasu horietan, materialaren kontsumoa % 70-90 murriztu daiteke, eta horrek justifikatzen du fabrikazio-prozesu arrunten ordezko teknologia gisa erabiltzea, fresaketa edo torneaketaren ordez, adibidez.

Zertan dihardugu gaur egun

  • Prozesuaren monitorizazio teknologiak ikertzea, akats isolatuak (porotasunak, fusio-faltak) goiz detektatzeko.
  • Ikuskapen ez-suntsitzaileko teknologiak ikertzea (ultrasoinuak, erradiografia, tomografia), arauek eskatzen dituzten neurriak baino txikiagoak dituzten akatsak detektatzeko (0,5 mm-tik beherako akatsak).
  • Fabrikatutako piezen egitura osotasunean aztertzea (nekean duen bizitza, haustura, fluentzia eta korrosioa).
  • Prozesuaren eta CAD/CAM tresnen simulazioa, 3Dko piezak eta 2.5Dko piezak automatikoki fabrikatzeko (z ardatzean estruditutako 2Dko sekzioak).
  • Beharrezko mekanizazio-hazkuntzak murriztea eta fabrikatutako piezen distortsioak minimizatzea ahalbidetuko duten jalkipen-estrategia aurreratuak garatzea.
  • Fabrikazioaren ondoren behar diren tratamendu termikoak optimizatzea, propietateen balantze ona lortzeko eta hondar-tentsioak ezabatzeko.
  • WAAM prozesu berriak garatzea jalkitze-tasa handiagoekin, hari anitzeko teknologiak (adib. CMT Twin) eta hari beroko teknologiak (adib. TIGSpeed) txertatuz. Karbono-altzairuak eta altzairu herdoilgaitzak 8 kg/h baino gehiago eta aluminioa eta titanioa 5 kg/h baino gehiago jalkitzea da helburua.
  • WAAMerako aleazio berriak garatzea (erresistentzia handiko aluminio-aleazio berriak, adibidez).

Ekipamendu espezifikoa

Soldadura iturri ezberdinen indar iturriak

  • MIG-MAG: Fronius TPSi eta Fronius Transpuls (2) bira sinergiko ezberdinekin, CMT barne.
  • MIG-MAG: Fronius CMT TWIN.
  • TIG: EWM TigSpeed hari hotza elikatzeko aukerarekin, eta hari beroa oszilazioarekin eta gabe.
  • Plasma: SBI haria automatikoki elikatzen duena.

WAAM zelula robotizatuak

  • KUKA KR16 6 ardatzekoa.
  • 1 ABB IRB 4600-45/2.5 ardatzekoa, 2 kanpo ardatz gehigarrirekin.
  • 1 FANUC Arcmate 120iC 6 ardatzeko eta 2 kanpo ardatz gehigarrirekin.

CAD/CAM softwarea

  • SKM DCAM.
  • Delcam PowerMill Additive.

Distortsioen aurreikuspen eta kontrolerako softwarea

  • Abaqus.

Material erreaktiboen WAAMerako babes-sistemak

  • Kamera geldoa (250 x 150 x 150 mm).
  • LORTEKek garatu eta patentaturiko tokiko babes-sistema.

Prozesuaren kontrolerako ekipamendua

  • SERVO-ROBOT eta SCANSONIC juntadura jarraitzaileak.
  • Kamera termografikoak.
  • Tenperatura monitorizatzeko sistemak: pirometroa eta termopareak.
  • Soldadurarako ikusmen artifizialeko kamerak.
  • Lokarrien dimentsioak ikuskatzeko eta erregistratzeko laser perfilometroak.
  • Datuak jasotzeko sistema.

Piezak ikuskatzeko ekipamendua

  • Ultrasoinuak.
  • Termografia.
  • Hirugarrenekin lankidetzan aritzea bete entsegu batzuetarako: metrologia, X izpiak eta ordenagailu bidezko tomografia.

Argitalpenak
eta deskargak

Argitalpenak
2021
Arana, M., Ukar, E., Rodriguez, I., Iturrioz, A., & Alvarez, P.
Strategies to Reduce Porosity in Al-Mg WAAM Parts and Their Impact on Mechanical Properties.
Metals, 11(3), 524.
Ireki esteka
2020
L. Vázquez, N. Rodríguez, I. Rodríguez, E. Alberdi, P. Álvarez.
Influence of interpass cooling conditions on microstructure and tensile properties of Ti-6Al-4V parts manufactured by CMT-WAAM.
Presented at 2nd International Congress on Welding, Additive Manufacturing and Associated Non-Destructive Testing (ICWAM), Metz (France), June 2019.
Ireki esteka
2020
L. Vázquez, I. Huarte, N. Rodríguez, P. Álvarez.
Influence of post-deposition heat treatments on microstructure and tensile properties of Ti-6Al-4V parts manufactured by CMT-WAAM.
Presented at 2nd Metallic Materials and Processes: Industrial Challenges, Deauville (France), October 2017.
Ireki esteka
2018
A. Paskual, P. Álvarez, A. Suárez.
Study on arc welding processes for high deposition rate additive manufacturing. Procedia Cirp, 68, 358-362. Published in 2018.
Ireki esteka
2018
N. Rodríguez, L. Vázquez, I. Huarte, E. Arruti, I. Tabernero, P. Álvarez.
Wire and arc additive manufacturing: a comparison between CMT and TopTIG processes applied to stainless steel. Welding in the World, 62(5), 1083-1096. Published in 2018.
Ireki esteka

Arrakasta-kasuak

Aplikazio aeronautikoetarako Ti piezak WAAM bidez fabrikatzea

Erronka paketea

Aplikazio aeronautikoetarako Ti piezak WAAM bidez fabrikatzea.

Irtenbidea

WAAM prozesua Ti-6Al-4V aleaziodun CMT teknologiaren bidez ingurune irekian garatzea (tokiko babes-sistemarekin) eta 2,3 kg/h arteko jalkitze tasak lortuz. Garatutako osagaiek produktu forjatuen kalitate-zehaztapenak betetzen dituzte, tratamendu termiko optimizatuak aplikatu ondoren.

Kideak / Aliantza estrategikoak

ADITARC proiektuaren esparruan eta osagai aeronautiko forjatuak dituzten enpresekin lankidetzan egindako lana.

Ti-6Al-4V-ko WAAM piezen neke-bizitzaren ikerketa

Erronka paketea

Ti-6Al-4V-ko WAAM piezen neke-bizitzaren ikerketa.

Irtenbidea

WAAM hormetatik abiatuta eginiko neke-probeten fabrikazioa, eta probeten karakterizazioa (ordenagailu bidezko tomografia) eta entsegua.

Erresistentzia handiko Al piezak WAAM bidez fabrikatzea

Erronka paketea

Erresistentzia handiko Al piezak WAAM bidez fabrikatzea.

Irtenbidea

Erresistentzia handiko aleazio berrien (2219, Al-Mg-Sc eta Al-Li) WAAM prozesua garatzea, soldadura-programaren eta tratamendu termikoen optimizazioa barne. Oxidazioa murrizteko estrategiak.

Kideak / Aliantza estrategikoak

EcoTECH proiektuaren esparruan egindako lana, Sonacaren eta Cranfieldeko Unibertsitatearen lankidetzekin.

WAAM bidezko fabrikazioa sistema hibridoan, teknologia gehigarri eta substraktiboarekin

Erronka paketea

WAAM bidezko fabrikazioa sistema hibridoan, teknologia gehigarri eta substraktiboarekin.

Irtenbidea

Diversified Machine Systems (DMS) fabrikatzailearen sistema hibridoko aluminiozko piezak WAAM bidez fabrikatzeko prozesuaren azterketa, Fagor Automationen CNC zenbakizko kontrolagailuarekin.

Kideak / Aliantza estrategikoak

Fagor Automation, Aotek, Goierri Eskola.

Erronkak

Datozen urteetan aurre egin beharreko erronkak:

WAAM bidez fabrikatutako piezen kalitatea eta egiturazko portaera ziurtatzea eta hainbat aplikaziotarako ziurtagiria lortzea.
Fabrikazio-denborak eta -kostuak minimizatzea.
Distortsioak kontrolatzea.
Industriarekin lankidetzan arrakasta-kasu berriak garatzea: pieza forjatuentzako alternatibak eta pieza eta moldeen konponketa.
Teknologiaren industrializazioa.

Pedro Álvarez doktorea

Erreferentziazko Ikertzailea WAAM, Arku eta Laser Loturetan.

Zientzietan doktorea Nafarroako Unibertsitatean. Prozesuen arloko ikertzailea da 2007tik. Metalurgian eta soldagarritasunean, soldadura-teknologietan (arkua, laserra, erresistentzia, marruskadura-asaldura, txinpartak botatzea), birkargatzean eta fabrikazio gehigarriko prozesuetan espezializatuta dago. Euskaraz eta ingelesez (CAE ziurtagiria) komunikatzeko gaitasun onak ditu, bai eta erabateko konpromisoa eta ikerketarako, etengabeko ikaskuntzarako eta negozio-garapenerako grina ere. 2018ko azaroan, Eusko Jaurlaritzaren aintzatespena jaso zuen ikertzaile bikain gisa, ikerketan egindako lanagatik eta merezimendu zientifiko eta teknologikoagatik.

Europako hainbat proiekturen buru izan da (2) eta beste hainbatetan parte hartu du ikertzaile gisa (7). Oinarrizko ikerketa zein ikerketa aplikatuko eta enpresekin baterako berrikuntzako 60 proiektutan baino gehiagotan parte hartu du nazio mailan. Fabrikazio gehigarriari eta lotura teknologiei buruzko nazioarteko konferentzia askotan parte hartu du (30 baino gehiago) eta 26 artikulu zientifiko indexaturen egilea da. Artikulu horiek 356 aldiz aipatu dira.

AEN/CTN 14 Normalizazio Batzorde Teknikoko kidea da. Irakaslea eta koordinatzailea da Soldadurako Nazioarteko Ingeniaritza Ikastaroan (IWE) eta Industriako Fabrikazio Gehigarriko Masterrean (Mondragon Unibertsitatea).

Gaur egun, osagai metalikoen lotura eta fabrikazio gehigarriko teknologia aurreratuekin lotutako ikerketa proiektuak zuzentzen ditu. LORTEKeko ordezkaria da Europako AM Platform eta Joining Platform plataformetan.