Korekce dráhového řízení a výkonu pro optimalizaci polohy a tvaru návaru pro metodu WAAM

Abstract

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) je jedna z nejproduktivnějších aditivních metod výroby kovových dílců. Oproti jiným metodám kovové aditivní výroby má nevýhodu, že na elektrický oblouk působí řada fyzikálních sil ovlivňujících polohu návaru, která není shodná s ideální polohou, určovanou hořákem. Pro zvýšení přesnosti polohy návaru, resp. housenky navařené metodou WAAM je třeba řešit tento fenomén. Cílem této disertační práce je zkoumat celý proces navařování za účelem zvýšení přesnosti aditivní metody na bázi elektrického oblouku. Pro vývoj spolehlivého WAAM procesu dílců komplexních tvarů se ukazuje jako nutné korigovat dráhu navařovacího hořáku a výkon navařování zejména v kritických místech jako jsou rohy kontury a ostré hrany. Pro získání optimální dráhy a výkonu hořáku byl vyvinuta metodika s využitím simulačního modelu. Navržený simulační model nanášení materiálu pro technologii WAAM byl kalibrován a validován tak, aby jeho výsledky co nejlépe odpovídaly reálné poloze navaření materiálu. Zajištění přesnějšího nanášení materiálu není důležité pouze pro minimalizaci přídavků před následným obráběním, ale zejména pro celkovou realizovatelnost procesu aditivní výroby metodou WAAM.

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is one of the most productive additive methods for manufacturing metal parts. Compared to other methods of metal additive manufacturing, it has a disadvantage that the electric arc is affected by physical forces. These forces affect the position of the weld clad which is not identical with the ideal position determined by the welding torch. To increase the position accuracy of the weld bead deposited using the WAAM method, it is necessary to address this phenomenon. The aim of the thesis is to examine the entire process to improve the accuracy of this manufacturing method. To develop a correct WAAM technological process for manufacturing these complex shaped components welding torch path corrections and welding power corrections must be made especially in critical sections like corners and sharp edges. A methodology using a simulation model was developed to obtain the optimal torch path and power. The material deposition simulation model for the WAAM technology was calibrated and validated to match the real welding process. Ensuring more accurate material deposition is important to minimize part stock before subsequent machining but it is important also for the overall viability of the additive manufacturing process.