ANÁLISE AO PROCESSO DE FABRICO POR WIRE-ARC ADDITIVE MANUFACTURING: Projeto e Realização de uma peça de comprovação de conceito

Abstract

A 4ª Revolução Industrial, que decorre nos tempos atuais, pretende introduzir um conjunto de novas tecnologias no tecido industrial, entre elas, o fabrico aditivo. Este, por sua vez, promete revolucionar os processos produtivos atuais, uma vez que apresenta menores limitações em termos de complexidade geométrica, sendo possível adaptar a peça à respetiva função (em vez de a adaptar às limitações do método produtivo).Embora o foco inicial do fabrico aditivo tenha sido a implementação nos polímeros, em especial como método de ‘prototipagem rápida’, a classe de materiais com mais destaque na engenharia e indústria em geral é a dos metais, daí o recente interesse nas técnicas MAM, em especial as DED, que apresentam maiores taxas de deposição.No entanto, apesar das suas inúmeras vantagens, estas são técnicas ainda relativamente recentes, que carecem das décadas de conhecimento acumulado que os métodos convencionais possuem, pelo que, na sua maioria, ainda apresentam problemas a nível dimensional e das propriedades mecânicas obtidas, pelo que serão necessários mais estudos.Entre estas técnicas encontra-se o fabrico aditivo por arco elétrico (ou WAAM), a técnica em análise nesta dissertação. Assim, o objetivo deste trabalho é auxiliar no desenvolvimento desta tecnologia, nomeadamente, na análise inicial ao processo e no desenvolvimento duma metodologia que permita usar o sistema desenvolvido para obter peças a partir do respetivo modelo CAD.Esta dissertação é, portanto, composta por uma componente teórica onde é feita uma revisão sobre o fabrico aditivo em geral, a técnica WAAM, os sistemas cinemático e de controlo e a metodologia atualmente utilizada; e por uma componente prática onde é apresentado o sistema desenvolvido e, o procedimento experimental e respetivos resultados (ou seja, os problemas encontrados, soluções desenvolvidas e peças produzidas).

The 4th Industrial Revolution, which is taking place in current times, intends to introduce a set of new technologies into the manufacturing industry, one of them being 3D printing (or additive manufacturing). This, in turn, promises to revolutionize current production processes since it has fewer limitations in terms of geometric complexity, making it possible to adapt the part produced to its respective function (instead of adapting it to the limitations of the production method).Although its initial intent was to be implemented as a ‘rapid prototyping’ method to produce polymeric parts, the most prominent class of materials in engineering and industry in general are metals, hence the recent interest in MAM (metal additive manufacturing) techniques, in particular the ones classified under the DED (direct energy deposition) category, which have the highest deposition rates.However, despite their numerous advantages, these techniques are still relatively recent, lacking the decades of accumulated knowledge that conventional methods have. For that reason, they still present problems in terms of dimensional and mechanical properties, demonstrating the need for more studies to be performed.Among these techniques, wire-arc additive manufacturing (WAAM) is the method under analysis in this dissertation. Thus, the objective of this work is to assist in the development of this technology, namely, in the initial analysis of the process and in the development of a methodology that allows for the use of the system developed as a way to obtain parts from its CAD (computer-aided manufacturing) model.Therefore, this dissertation is composed of a theoretical part where a review is made about additive manufacturing in general, the WAAM technique, the kinematic and control systems and the methodology currently used, and by a practical part where the developed system and experimental procedure (problems found, solutions developed, and parts produced) are presented.