Pelajaran 8.8MembentukBab 8 · Manufaktur aditif

Wire arc additive manufacturing (WAAM)

Robot las menumpuk kawat yang dilelehkan busur menjadi manik (directed energy deposition)

Wire arc additive manufacturing (WAAM) adalah cetak 3D dengan robot las. Busur listrik melelehkan kawat las biasa, dan robot menumpuk manik demi manik menjadi part yang bisa sepanjang beberapa meter. Ini cara termurah dan tercepat untuk mencetak part logam besar, dari baling-baling kapal hingga jembatan penyeberangan.

Sel robot WAAM · close-up busur dan potongan melalui dinding, 5 langkahKiri atas: sel robot. Kanan atas: close-up ujung obor. Bawah: potongan melalui dinding sebelum dan sesudah permesinan. Angka berlingkar sesuai dengan langkah di bawah.

Cara kerjanya

Umpankan kawat. Feeder menarik kawat las, biasanya setebal sekitar 1–1,6 mm, dari gulungan dan mendorongnya melalui obor.
Nyalakan busur. Busur listrik (percikan kontinu, panasnya ribuan derajat) melompat dari ujung kawat ke part. Busur melelehkan kawat, dan tetesan jatuh ke kolam cair di atas dinding.
Lindungi kolam las. Gas yang mengalir keluar dari nozel, biasanya argon atau campuran argon, menjaga udara tetap jauh. Tanpa gas itu, logam panas akan teroksidasi (bereaksi dengan oksigen) dan menjadi lemah dan berpori.
Tumpuk manik. Robot menyeret obor sepanjang dinding, dan kolam membeku menjadi manik di belakangnya. Setelah setiap lapisan, obor naik sekitar 1–2 mm dan meletakkan lapisan berikutnya.
Dinginkan, lalu mesin. Setiap lapisan harus mendingin sedikit sebelum lapisan berikutnya, atau dinding melorot. Di akhir, mesin milling memotong sisi bergelombang hingga rata sesuai ukuran akhir.

Fakta kunci

Material: Hampir semua kawat yang dapat dilas: baja karbon dan nirkarat, aluminium, titanium, paduan nikel, dan perunggu
Komponen khas: Part besar near-net-shape (mendekati bentuk akhir, masih perlu permesinan): baling-baling, sambungan pipa, flange, rangka kedirgantaraan, struktur arsitektural
Ukuran komponen: Dari sekitar 0,2 m hingga beberapa meter, dibatasi oleh jangkauan robot, rel, atau gantry-nya
Presisi: Sekitar ±0,5–1 mm saat dibangun; permesinan membawanya ke sekitar ±0,05 mm
Hasil permukaan: Kasar dan bergelombang saat dibangun, dengan riak yang bisa dirasakan; sisi yang dimesin halus
Ukuran batch yang cocok: Satu buah dan batch kecil part besar
Biaya perkakas dan mesin: Tanpa perkakas. Dibangun dari robot las dan sumber daya standar: biasanya beberapa ratus ribu dolar, jauh lebih murah daripada sistem laser. Kawat jauh lebih murah daripada serbuk logam
Kecepatan: Biasanya 1–4 kg logam per jam, sekitar sepuluh kali lebih cepat daripada powder-bed fusion

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Laju build sangat tinggi untuk part besar
Peralatan berbiaya rendah dan kawat murah
Hampir tanpa batas ukuran: robot dapat berjalan di atas rel
Sedikit logam terbuang dibandingkan permesinan dari blok padat

Batasan

Permukaan kasar dan bergelombang: permesinan selalu diperlukan
Detail kasar: tanpa lubang kecil, dinding tipis, atau fitur halus
Panas menimbulkan tegangan dan distorsi, sehingga part bisa melengkung
Menunggu setiap lapisan mendingin memperlambat build

Di mana dipakai

MaritimBaling-baling kapal dan bilah baling-baling dari perunggu
DirgantaraPart titanium dan aluminium besar dicetak sebagai blank, lalu dimesin
Minyak, gas, dan energiSambungan pipa, flange, dan badan katup, sering sebagai suku cadang cepat
Konstruksi dan arsitekturNode dan struktur baja, seperti jembatan penyeberangan cetak di Amsterdam
AntariksaThruster roket dan part struktural besar

Cara mengenalinya

Dinding dari manik las bertumpuk yang terlihat, seperti gulungan tali.
Sering ada warna panas pelangi (warna jerami, biru, dan ungu) pada permukaan baja dan titanium.
Pelat dasar tebal yang masih menempel, atau bekas gergaji tempat dipotong lepas.
Sisi datar hasil permesinan tepat di samping sisi kasar yang beriak.

Bandingkan dengan

Directed energy deposition8.7gagasan melas di tempat yang sama dengan laser dan serbuk: lebih halus dan lebih presisi, tetapi lebih lambat dan lebih mahal.Pengelasan busur7.1WAAM memakai obor dan kawat yang sama; menumpuk manik menjadi bentuk, bukan menyambung dua part.Pengecoran pasir1.1juga membuat part logam besar, tetapi membutuhkan pola dan cetakan; WAAM tidak butuh keduanya, sehingga cocok untuk satu buah.

Tonton

theworacle · Demo laboratorium WAAM titanium, termasuk menggilas dinding di antara lapisan

MX3D · Robot mencetak thruster roket manik demi manik

MX3D · Impeller cetak besar dilihat dari dekat

MX3D · Jembatan baja nirkarat hasil cetak diangkat ke tempatnya di atas kanal

Lihat foto asli

Wikipedia: Directed energy deposition — keluarga proses tempat WAAM berada; teks dengan sedikit foto
Pencarian foto Wikimedia Commons
Pencarian Wikimedia Commons: MX3D bridge — foto jembatan baja hasil cetak

Ingat

WAAM adalah pengelasan busur robotik yang dipakai untuk menumpuk manik menjadi part.
Ini rute tercepat dan termurah untuk part logam besar, tetapi hasilnya kasar.
Siapkan untuk memesin setiap permukaan fungsional setelah pencetakan.