Wire Arc Additive Manufacturing

O aditivní výrobě označované jako 3D tisk se dnes hodně hovoří. Jejím prostřednictvím je možné rychle a levně vyrábět stále více dílů a zboží, a to i z kovu, např. v rámci procesů WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing). Časové i ekonomické výhody u řady způsobů použití nabízí obloukové svařování. Vhodný je zejména „studený“ svařovací proces CMT od společnosti Fronius.

Aditivní výrobní procesy umožňují vznik dílů téměř z ničeho, a to nanášením kapalného nebo práškového materiálu ve vrstvách na základní desku. Při použití WAAM se to děje pomocí odtavující se drátové elektrody – tento proces je založen na obloukovém svařování. Generativní výrobní metody jsou vhodné zvláště pro výrobu dílů se složitou geometrií. Díly lze navíc zhotovit hospodárně a ve velmi krátké době, proto je WAAM zajímavou možností pro výrobu prototypů a malých sérií. V porovnání s vyfrézováním obrobku z masivního bloku je doba zpracování podstatně kratší a opotřebení nástrojů a materiálové ztráty výrazně menší.

„STUDENÝ “ SVAŘOVACÍ PROCES PRO OPTIMÁLNÍ VÝSLEDKY

Pro výrobu dílů prostřednictvím WAAM je rozhodující stabilita použitého svařovacího procesu a odvod tepla. Svařovací proces musí být maximálně nízkoenergetický, aby se spodní vrstvy znovu neroztavily. Svařená vrstva musí být navíc konzistentní, bezrozstřiková a rovnoměrná. Pokud by došlo k chybě, projevila by se i ve vyšších vrstvách. Zmíněné předpoklady splňuje „studený“ svařovací proces Cold Metal Transfer (CMT) od společnosti Fronius.

Zvláště vhodné jsou dvě varianty regulace procesu CMT. Jednak je to procesní charakteristika CMT Additive optimalizovaná pro WAAM, která dosahuje dobrých odtavných výkonů a vnáší do dílu ještě méně tepla. Varianta CMT Cycle Step snižuje výkon oblouku cíleným vypínáním v procesní fázi. Tento proces však vyžaduje více času na vytváření jednotlivých vrstev, protože míra odtavení je nižší.

Co je waam?

WAAM je jedním z generativních výrobních procesů na bázi drátu, při kterém se pomocí laseru, elektronového paprsku nebo oblouku taví přídavný materiál v podobě drátu a vytváří se z něho díl. Tyto postupy jsou zpravidla výrazně rychlejší než procesy využívající prášek: Výroba WAAM se vyznačuje vysokým odtavným výkonem, který je u ocelových materiálů až čtyři kilogramy za hodinu. Řešení s více dráty by mohlo tento výkon v budoucnu ještě zvýšit.

Další výhodou pro uživatele je to, že výroba WAAM předpokládá pouze vhodný svařovací systém. Drahá speciální zařízení nejsou nutná. Pro obloukové svařování je navíc k dispozici řada již certifikovaných drátů. Při postupech založených na práškových materiálech je výběr materiálu zatím malý, protože certifikace a vytvoření datových listů často trvá roky a použití kovových prášků je dosud relativně nové.

POUŽITÍ WAAM V PRAXI

Příkladem úspěšného uplatnění WAAM jsou kolaventilátoru, která se používají v elektrotechnickémprůmyslu. Tato kola jsou z vysoce kvalitníchmateriálů. Vyfrézování obrobku je vzhledemk vysoké spotřebě materiálu velmi nákladné. Litíje zase vzhledem ke stěnám tenkým 1,5 milimetruvětšinou velice náročné. Metodou WAAM s využitímvarianty CMT Cycle Step lze takovéto lopatky kolventilátoru ze slitin na bázi niklu aditivně vyrábět ataké opravovat.

Dalším způsobem použití je výroba titanových dílů v leteckém průmyslu. Tyto díly se jinak většinou zhotovují vyfrézováním, a to až s 90procentní ztrátou materiálu. Důsledkem jsou vysoké náklady, dlouhé doby zpracování a opotřebení drahých nástrojů. Díly vyrobené metodou WAAM už je třeba jen dokončit, aby získaly hladký povrch. Pokud se využije CMT Additive, díly už nevykazují žádné neprovaření a přesvědčivé jsou i jejich metalurgické vlastnosti. Tímto způsobem je možné rovnoměrně zkrátit dobu zpracování a snížit opotřebení a výrobní náklady.