Lección 8.8Dar formaCapítulo 8 · Fabricación aditiva

Fabricación aditiva por arco y alambre (WAAM)

Un robot de soldadura apila alambre fundido por arco en cordones (deposición de energía dirigida)

La fabricación aditiva por arco y alambre (WAAM) es impresión 3D con un robot de soldadura. Un arco eléctrico funde alambre de soldadura corriente, y el robot apila cordón tras cordón hasta formar una pieza que puede medir metros. Es la forma más barata y rápida de imprimir grandes piezas metálicas, desde hélices de barco hasta un puente peatonal.

Celda de robot WAAM · detalle del arco y un corte por la pared, 5 pasosArriba a la izquierda: la celda del robot. Arriba a la derecha: un detalle de la punta de la antorcha. Abajo: un corte por la pared antes y después del mecanizado. Los números en círculo coinciden con los pasos de abajo.

Cómo funciona

Alimenta el alambre. Un alimentador saca alambre de soldadura, normalmente de 1–1,6 mm de grosor, de una bobina y lo empuja por la antorcha.
Inicia el arco. Un arco eléctrico (una chispa continua, de miles de grados) salta de la punta del alambre a la pieza. Funde el alambre, y las gotas caen en un baño fundido sobre la pared.
Protege el baño. El gas que sale por la boquilla, normalmente argón o una mezcla de argón, mantiene el aire alejado. Sin él, el metal caliente se oxidaría (reaccionaría con el oxígeno) y quedaría débil y poroso.
Apila los cordones. El robot arrastra la antorcha a lo largo de la pared, y el baño solidifica en un cordón detrás de ella. Tras cada capa, la antorcha sube unos 1–2 mm y deposita la siguiente.
Enfría y luego mecaniza. Cada capa debe enfriarse un poco antes de la siguiente, o la pared se hunde. Al final, una fresadora corta los lados ondulados hasta dejarlos planos y a la medida final.

Datos clave

Materiales: Casi cualquier alambre soldable: aceros al carbono e inoxidables, aluminio, titanio, aleaciones de níquel y bronce
Piezas típicas: Grandes piezas de forma casi final (próximas a la forma definitiva, pero aún con mecanizado pendiente): hélices, racores de tuberías, bridas, bastidores aeroespaciales, estructuras arquitectónicas
Tamaño de pieza: Desde unos 0,2 m hasta varios metros, limitado por el alcance del robot, sus raíles o un pórtico
Precisión: Unos ±0,5–1 mm tal como se construye; el mecanizado lo lleva a unos ±0,05 mm
Acabado superficial: Rugosa y ondulada tal como se construye, con ondulaciones que se notan al tacto; las caras mecanizadas son lisas
Tamaño de lote adecuado: Piezas únicas y series pequeñas de piezas grandes
Coste de utillaje y máquina: Sin utillaje. Construida con robots y fuentes de soldadura estándar: normalmente unos pocos cientos de miles de dólares, mucho menos que los sistemas láser. El alambre cuesta mucho menos que el polvo metálico
Velocidad: Normalmente 1–4 kg de metal por hora, aproximadamente diez veces más rápido que la fusión en lecho de polvo

Ventajas y límites

Ventajas

Velocidad de fabricación muy alta para piezas grandes
Equipos baratos y alambre barato
Casi sin límite de tamaño: el robot puede desplazarse sobre raíles
Poco metal desperdiciado en comparación con mecanizar un bloque macizo

Límites

Superficies rugosas y onduladas: siempre hace falta mecanizado
Detalle basto: sin agujeros pequeños, paredes finas ni detalles finos
El calor acumula tensiones y deformaciones, así que las piezas pueden alabearse
Esperar a que cada capa se enfríe ralentiza la fabricación

Dónde se usa

MarítimoHélices de barco y palas de hélice en bronce
AeroespacialGrandes piezas de titanio y aluminio impresas como piezas en bruto y luego mecanizadas
Petróleo, gas y energíaRacores de tuberías, bridas y cuerpos de válvulas, a menudo como repuestos rápidos
Construcción y arquitecturaNudos y estructuras de acero, como un puente peatonal impreso en Ámsterdam
EspacioPropulsores de cohetes y grandes piezas estructurales

Cómo reconocerlo

Paredes hechas de cordones de soldadura apilados y visibles, como un rollo de cuerda.
A menudo un tinte de calor de arcoíris (colores pajizo, azul y púrpura) en superficies de acero y titanio.
Una gruesa placa base todavía unida, o marcas de sierra donde se cortó.
Caras planas mecanizadas justo al lado de otras rugosas y onduladas.

Compáralo con

Deposición por energía dirigida8.7la misma idea de soldar en el sitio con un láser y polvo: más fina y precisa, pero más lenta y cara.Soldadura por arco7.1El WAAM usa las mismas antorchas y el mismo alambre; apila cordones hasta formar una pieza en lugar de unir dos.Moldeo en arena1.1también hace grandes piezas metálicas, pero necesita un modelo y un molde; el WAAM no necesita ninguno, así que sirve para piezas únicas.

Míralo

theworacle · Una demostración de laboratorio de WAAM de titanio, incluido el laminado de la pared entre capas

MX3D · Un robot imprimiendo un propulsor de cohete cordón a cordón

MX3D · Un gran impulsor impreso, visto de cerca

MX3D · El puente impreso de acero inoxidable, izado hasta su sitio sobre un canal

Ver fotos reales

Wikipedia: Deposición por energía dirigida — la familia de procesos a la que pertenece el WAAM; texto con pocas fotos
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons
Búsqueda en Wikimedia Commons: puente MX3D — fotos del puente de acero impreso

Recuerda

El WAAM es soldadura por arco robotizada usada para apilar cordones hasta formar una pieza.
Es el camino más rápido y barato hacia grandes piezas metálicas, pero salen rugosas.
Espera tener que mecanizar todas las superficies funcionales después de imprimir.