Wire Arc Additive Manufacturing

La fabricación aditiva, conocida comúnmente como impresión en 3D, es un tema del que se habla mucho en la actualidad. Una creciente gama de componentes y mercancías, incluyendo aquellos hechos de metal, se está produciendo rápidamente y utilizando métodos aditivos de bajo costo, tales como la fabricación aditiva de arco voltaico de alambre (WAAM). Este proceso de arco voltaico ofrece ventajas significativas en términos de tiempo y costo para una variedad de aplicaciones distintas. El proceso de soldadura “frío” de Fronius, CMT, es particularmente adecuado aquí.

Los procesos de fabricación aditiva permiten a los usuarios prácticamente conjurar componentes de la nada; de hecho, las capas de líquido o material en polvo se acumulan gradualmente sobre una placa base. Con WAAM, esto se realiza utilizando un electrodo de alambre consumible, y el proceso mismo se basa en la soldadura por arco voltaico. Las técnicas de fabricación generativa son particularmente adecuadas para producir geometrías complejas de los componentes. Además, las partes pueden fabricarse a un costo bajo y extremadamente rápido, lo que hace que WAAM sea una opción muy atractiva para la construcción de prototipos y de lotes pequeños. El tiempo de procesamiento, el desgaste de la herramienta y la pérdida de material son considerablemente más bajos que cuando se muele el componente a partir de un bloque sólido.

EL PROCESO DE SOLDADURA “FRÍO” LOGRA ÓPTIMOS RESULTADOS

La estabilidad del proceso de soldadura y la disipación del calor son factores cruciales al fabricar componentes utilizando WAAM. El proceso de soldadura debe aplicar tan poca energía como sea posible, de forma que las capas inferiores no comiencen a fundirse de nuevo. Las capas soldadas también deben ser consistentes, sin proyecciones y uniformes. Si ocurriera alguna falla, esta se replicaría en cada capa subsecuente. El proceso de soldadura “frío” de Fronius, Cold Metal Transfer (CMT), cumple con todos estos requerimientos.

Dos variantes de la regulación del proceso de CMT son particularmente adecuadas para WAAM. La primera de estas es la característica de proceso aditivo de CMT, que se ha optimizado para WAAM. Logra buenas tasas de deposición y sólo transfiere un nivel bajo de calor al componente. La variante Cycle Step de CMT reduce la potencia del arco voltaico aún más utilizando desactivación dirigida durante la fase de procesamiento. Sin embargo, se necesita más tiempo para acumular las capas individuales, ya que la tasa de deposición es más baja.

¿QUÉ ES WAAM?

En los procesos de fabricación generativa basada en hilo metálico tales como WAAM, un rayo láser de electrón o arco voltaico se utiliza para fundir un material de aporte con forma de alambre, el cual después se utiliza para construir el componente. Este tipo de proceso generalmente es mucho más rápido que los procesos basados en polvo. La tasa de deposición del método WAAM para materiales de acero puede ser de hasta cuatro kilogramos por hora, con soluciones de múltiples alambres potencialmente llevando a tasas de deposición aún más altas en el futuro.

Una ventaja adicional para los usuarios es que WAAM sólo requiere de un sistema de soldadura adecuado: el equipo costoso y especializado simplemente no es necesario. También hay un número de hilos certificados ya disponibles para el proceso por arco. Hay relativamente pocos materiales disponibles para los procesos basados en polvo, ya que pueden necesitarse años para adquirir la certificación necesaria y producir hojas de datos, ya que el uso de polvo de metal es una tecnología relativamente nueva.

APLICACIONES PRÁCTICAS DE WAAM

Un ejemplo de la aplicación exitosa de WAAM son los impulsores de ventilador utilizados en la industria de electrónicos, los cuales se hacen con materiales de alta calidad. Moler el componente es muy costoso, debido a la alta tasa de consumo de material. Además, la fundición no siempre puede cumplir con las propiedades metalúrgicas críticas necesarias para muros de sólo 1.5 mm de grosor. Utilizando el proceso Cycle Step de CMT, WAAM puede utilizarse para fabricar de forma aditiva y reparar este tipo de hojas de impulsores de ventilador utilizando aleaciones basadas en níquel.

WAAM también se utiliza para fabricar componentes de titanio en la industria de la aviación. Estos componentes de otra forma normalmente serían molidos, lo que ocasionaría que hasta el 90 % del material se perdiera y eso resultaría en altos costos, largos tiempos de maquinado y un costoso desgaste de la herramienta. Sin embargo, con WAAM el único trabajo adicional que se requiere es suavizar las superficies del componente. Los componentes producidos utilizando el proceso CMT aditivo no exhiben ningún problema con la falta de fusión y tienen impresionantes propiedades metalúrgicas. Esto también lleva a una reducción en tiempos de procesamiento, desgaste y costos de fabricación.