Lição 8.8MoldarCapítulo 8 · Manufatura aditiva

Manufatura aditiva por arco com arame (WAAM)

Um robô de soldagem empilha arame fundido por arco em cordões (deposição por energia direcionada)

A manufatura aditiva por arco com arame (WAAM) é impressão 3D com um robô de soldagem. Um arco elétrico funde arame de solda comum, e o robô empilha cordão após cordão em uma peça que pode ter metros de comprimento. É a forma mais barata e rápida de imprimir peças metálicas grandes, de hélices de navios a uma ponte para pedestres.

Célula robótica de WAAM · close do arco e um corte pela parede, 5 etapasEm cima, à esquerda: a célula robótica. Em cima, à direita: um close da ponta da tocha. Embaixo: um corte pela parede antes e depois da usinagem. Os números em círculo correspondem às etapas abaixo.

Como funciona

Alimente o arame. Um alimentador puxa o arame de solda, geralmente com cerca de 1–1,6 mm de espessura, de um carretel e o empurra pela tocha.
Abra o arco. Um arco elétrico (uma faísca contínua, com milhares de graus) salta da ponta do arame para a peça. Ele funde o arame, e as gotas caem em uma poça fundida no topo da parede.
Proteja a poça. O gás que sai do bocal, geralmente argônio ou uma mistura de argônio, mantém o ar afastado. Sem ele, o metal quente oxidaria (reagiria com o oxigênio) e ficaria fraco e poroso.
Empilhe os cordões. O robô arrasta a tocha ao longo da parede, e a poça congela em um cordão atrás dela. Depois de cada camada, a tocha sobe cerca de 1–2 mm e deposita a próxima.
Resfrie e depois usine. Cada camada precisa esfriar um pouco antes da próxima, ou a parede cede. No final, uma fresadora corta os lados ondulados até ficarem planos no tamanho final.

Dados-chave

Materiais: Quase qualquer arame soldável: aços carbono e inoxidáveis, alumínio, titânio, ligas de níquel e bronze
Peças típicas: Grandes peças de forma quase final (próximas da forma final, ainda precisando de usinagem): hélices, conexões de tubulação, flanges, estruturas aeroespaciais, estruturas arquitetônicas
Tamanho da peça: De cerca de 0,2 m a vários metros, limitado pelo alcance do robô, seus trilhos ou um pórtico
Precisão: Cerca de ±0,5–1 mm como construída; a usinagem a leva a cerca de ±0,05 mm
Acabamento superficial: Áspera e ondulada como construída, com ondulações que se sentem ao toque; faces usinadas são lisas
Tamanho de lote adequado: Peças únicas e pequenos lotes de peças grandes
Custo de ferramental e máquinas: Sem ferramental. Construída com robôs e fontes de soldagem padrão: geralmente algumas centenas de milhares de dólares, bem menos que sistemas a laser. O arame custa muito menos que o pó metálico
Velocidade: Geralmente 1–4 kg de metal por hora, cerca de dez vezes mais rápida que a fusão em leito de pó

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Taxa de construção muito alta para peças grandes
Equipamento barato e arame barato
Quase sem limite de tamanho: o robô pode andar sobre trilhos
Pouco metal desperdiçado em comparação com usinar a partir de um bloco maciço

Limites

Superfícies ásperas e onduladas: a usinagem é sempre necessária
Detalhes grosseiros: sem furos pequenos, paredes finas nem detalhes finos
O calor gera tensão e distorção, então as peças podem empenar
Esperar cada camada esfriar deixa a construção mais lenta

Onde é usado

NavalHélices de navios e pás de hélice em bronze
AeroespacialGrandes peças de titânio e alumínio impressas como blanks, depois usinadas
Petróleo, gás e energiaConexões de tubulação, flanges e corpos de válvula, muitas vezes como peças de reposição rápidas
Construção e arquiteturaNós e estruturas de aço, como uma ponte para pedestres impressa em Amsterdã
EspaçoPropulsores de foguetes e grandes peças estruturais

Como reconhecê-lo

Paredes feitas de cordões de solda empilhados visíveis, como um rolo de corda.
Muitas vezes uma cor de calor arco-íris (tons de palha, azul e roxo) em superfícies de aço e de titânio.
Uma base grossa ainda presa, ou marcas de serra onde foi cortada.
Faces planas usinadas logo ao lado de outras ásperas e onduladas.

Compare com

Deposição por energia direcionada (DED)8.7a mesma ideia de soldar no lugar com um laser e pó: mais fina e precisa, mas mais lenta e cara.Soldagem a arco7.1a WAAM usa as mesmas tochas e arame; empilha cordões em uma forma em vez de unir duas peças.Fundição em areia1.1também faz peças metálicas grandes, mas precisa de um modelo e de um molde; a WAAM não precisa de nenhum, então serve para peças únicas.

Assista

theworacle · Uma demonstração de laboratório de WAAM em titânio, incluindo a laminação da parede entre as camadas

MX3D · Um robô imprimindo um propulsor de foguete cordão por cordão

MX3D · Um grande impulsor impresso visto de perto

MX3D · A ponte impressa em aço inoxidável sendo içada para o lugar sobre um canal

Veja fotos reais

Wikipedia: Deposição por energia direcionada — a família de processos a que a WAAM pertence; texto com poucas fotos
Busca de fotos no Wikimedia Commons
Busca no Wikimedia Commons: ponte MX3D — fotos da ponte de aço impressa

Lembre-se

A WAAM é soldagem robótica a arco usada para empilhar cordões em uma peça.
É o caminho mais rápido e barato para peças metálicas grandes, mas elas saem ásperas.
Espere usinar toda superfície funcional após a impressão.