Projeto, realização e caracterização mecânica de uma peça estrutural produzida por sistema robotizado baseado na tecnologia Wire Arc Additive Mannufacturing (WAAM)

Abstract

O consumo crescente de bens e a escassez de recursos representam um desafio para a sociedade. O Fabrico Aditivo surge como alternativa aos processos de fabrico tradicionais, rompendo com a atual forma de pensar e organização industrial, permitindo produzir na hora, em qualquer parte do mundo e com menos desperdícios.Para o Fabrico Aditivo de metais existem alguns processos disponíveis, utilizados sobretudo em setores de ponta com grande componente tecnológica. A maioria dessas técnicas, muito precisas, mas lentas, não se têm conseguido introduzir na construção metálica e mista, devido sobretudo ao elevado tempo de produção.O presente trabalho centra-se na execução por WAAM de uma peça estrutural em aço inoxidável. Partindo de uma peça em aço inox 316, aranha para união de vidros, utilizada nas fachadas envidraçadas de edifícios, criou-se uma réplica digital e programou-se um braço robótico para o seu fabrico através do processo de soldadura GMAW com controlo CMT. O processo decorreu por várias iterações, desde a afinação de parâmetros do equipamento em peças de geometria simples, evoluindo de complexidade até chegar forma da peça pretendida.O principal desafio e inovação deste estudo consistiu na aplicação prática do WAAM em peças estruturais de pequena dimensão, estabilização da deposição a nível de parâmetros e trajetória que produzam produtos isentos de defeitos. Após o fabrico as peças foram submetidas a ensaios, de forma a validar a produção e os parâmetros selecionados.Por fim é feita uma análise aos resultados, são expostas a principais lições apreendidas e são sugeridas algumas recomendações para aplicação em trabalhos futuros.

The increasing consumption of goods and the scarcity of resources represent a challenge for society. Additive Manufacturing emerges as an alternative to traditional manufacturing processes, breaking with the current way of thinking and industrial organization, allowing to produce on time, anywhere in the world and with less waste.For the Additive Manufacture of metals there are some processes available, mainly used in cutting-edge sectors with a large technological component. Most of these techniques, very precise but slow, are not in use into the metal and hybrid construction, mainly due to the high production time.The present work focuses on WAAM execution of a structural part made of stainless steel. Starting from a 316 stainless steel part, spider glass fitting used in the glazed facades of buildings, a digital twin was created, and a robotic arm was programmed for its manufacture through GMAW welding process with CMT control. The process took place through several iterations, from the tuning of equipment parameters in parts of simple geometry, evolving from complexity to reaching the shape of the desired part.The main challenge and innovation of this study was the practical application of WAAM in small structural parts, stabilization of the deposition mainly parameters and trajectory that produce defect-free products.After manufacture, the parts were tested to validate the production and the selected parameters.Finally, an analysis is made of the results, are exposed to main lessons learned and some recommendations are suggested for application in future work.