Geavanceerde verwerking van additief vervaardigde onderdelen (AdProcAd). (AdProcAdd)

Het Ad-Proc-Add project beoogt een systematisch en uitgebreid onderzoek van additieve-subtractieve productieketens om tot een gedetailleerd begrip te komen van de wederzijdse invloeden tussen parameters, strategieën en randvoorwaarden. Dit met betrekking tot de materiaal- en werkstukeigenschappen voor additief vervaardigde en nabewerkte werkstukken voor verschillende toepassingen. Projectuitvoerders in Vlaanderen (KU Leuven, Thomas More, BIL en Sirris) focussen zich specifiek op het uitwerken van een productieketen waarin gerobotiseerde WAAM wordt gecombineerd met verspanning (bv. frezen, boren, ruimen etc.).

De procesketen van additief-subtractieve fabricage (ASM) is onderzocht voor onderdelen die door WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) zijn geproduceerd. De optimale productieplanningsmethode werd ontwikkeld en geëvalueerd op verschillende “case study” onderdelen. Voor de Vlaamse bedrijven werden  richtlijnen opgesteld, welke toegelicht worden via 3 in het project ontwikkelde webinars. Elk seminarie/webinar geeft de theoretische achtergrond en stapsgewijze uitleg van de procedure voor het geselecteerde case study-gedeelte.

De eerste workshop/webinar richt zich op de “Wire and Arc Additive Manufacturing”. Het omvat de padplanning voor WAAM, het programmeren van de lasrobot, het instellen van de lasrobot en lasstroombron voor de WAAM en tot slot de finale depositie. Het webinar is toegankelijk via de link: https://youtube.com/playlist?list=PLR65B4SgaCKBD36-fTKgan3p0yQCoqHki

WAAM-onderdelen worden gekenmerkt door een lage maatnauwkeurigheid en een lage oppervlaktekwaliteit (d.w.z. de golving is ongeveer 0,5 mm). Bovendien veroorzaakt de tijdens het depositieproces opgewekte warmte vervormingen van de substraatplaat. Dit leidt tot hoge positionerings- en uitlijnfouten tijdens de nabewerking, wat resulteert in een onvoldoende onderdeelkwaliteit. Er werd geconcludeerd dat intermediaire processen zoals voorbewerking van het substraat en 3D-scanning van het onderdeel vereist zijn. Het tweede webinar gewijd aan deze intermediaire processen werd in het project ontwikkeld. Het omvat aspecten zoals 3D-scannen, CAD-modelaanpassing en -uitlijning, voorbereiding van het onderdeel voor toekomstige programmering van de bewerkingsstap in CAM: https://youtu.be/mToCJ2-Fr4M

Het derde webinar is gewijd aan de nabewerking van WAAM onderdelen (d.w.z. frezen). Het omvat de voorbereiding van het model voor het programmeren van de bewerkingsstap in CAM, taptesten, selectie van de freesparameters rekening houdend met het dynamische gedrag van het proces (d.w.z. stabiliteitslobbendiagrammen) en bewerking met behulp van de NC-machinetool. Het webinar is toegankelijk via de link: https://youtu.be/V4PSYYdA6fk.

De multi-sensor platforms zijn afzonderlijk ontwikkeld voor de AM- en nabewerkingsstappen om de impact van verschillende processen op de kenmerken van het laatste onderdeel te onderzoeken. Voor de Vlaamse bedrijven werden verschillende demonstratiecellen ontwikkeld.

De KU Leuven heeft samen met Thomas More twee demonstratiecellen voor WAAM op campus De Nayer (Jan Pieter de Nayerlaan 5, 2860 Sint-Katelijne-Waver). Een eerste demonstratiecel omvat een CLOOS QRC320H robotcel met een 2-assige positioneertafel en Qineo pulse 450A lasstroombron. De tweede demonstratiecel omvat een ABB robotcel (IRB 1600-10/1.45) met eveneens een 2-assige positioneertafel en Fronius TPS 500i PULSE stroombron. Beide demonstratiecellen zijn uitgerust met sensoren om stroom, spanning, gasstroom en temperatuur te bewaken. Daarnaast zijn er 3D-scanners (laser en gestructureerd licht) beschikbaar om de tussenstappen en kwaliteitscontrole van de eindproducten uit te voeren.

De KU Leuven levert de demonstratiecel voor het frezen van WAAM onderdelen. Het frezen wordt uitgevoerd op de 5-assige freesmachine DMG DMU 50. De technieken die worden gebruikt voor het bewaken van het freesproces omvatten het gebruik van dynamometers voor krachtmeting, naderingssensoren voor trillingsbewaking en een sensor voor het bewaken van het contact tussen het werkstuk en een gereedschap om de analyse van de trillingen tijdens het frezen van dunwandige onderdelen te beoordelen. De demonstratiecel bevindt zich op campus Arenberg (Celestijnenlaan 300, 3001 Leuven).

Het Belgisch Instituut voor Lastechniek (BIL) beschikt over een demonstratiecel voor WAAM. De demonstratiecel omvat een KUKA lasrobot type KR8 R2010, een 1-assige positioneertafel en Fronius CMT lasmachine. Het monitoringplatform bevat de volgende sensoren: de stroom-, spannings- en draadaanvoersnelheidssensoren, akoestische emissie, IR-camera voor temperatuurmeting, spectroscopie en hogesnelheidscamera. BIL ondersteunt bedrijven die stappen willen zetten richting WAAM additive manufacturing van metalen; van haalbaarheidsstudies tot integratie van de technologie in de productieomgeving. De demonstratiecel bevindt zich in het Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw. Technologiepark-Zwijnaarde 48 (Tech Lane Gent - Zone A2), 9052 Zwijnaarde (Gent), België.

Sirris levert de demonstratiecel voor de nabewerking van de WAAM-onderdelen. Om de bewerking uit te voeren, werd een zeer nauwkeurige 5-assige freesmachine, Fehlmaan Picomax 825, gebruikt. De bewaking tijdens het proces wordt uitgevoerd met behulp van de versnellingsmeters en akoestische emissiesensoren. Bovendien kan bij Sirris de optimalisatie van de freesparameters worden geïmplementeerd met behulp van het stabiliteitslobbendiagram en de impacthamertest om de trillingen te vermijden en de materiaalverwijderingssnelheid te verhogen. De simulatie van het bewerkingsproces wordt gedaan met behulp van Cutpro-software, waarmee rekening kan worden gehouden met de dynamische stabiliteit van het snijproces. Bovendien is de 3D-scanner (Creaform Handy-scan) beschikbaar om de tussenstappen en kwaliteitscontrole van het eindproduct uit te voeren. De demonstratiecel is aanwezig bij Sirris (Wetenschapspark 9, 3590 Diepenbeek).