ТРИРІВНЕВА ІЄРАРХІЧНА МОДЕЛЬ АДИТИВНОГО ВИРОБНИЦТВА З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕХНОЛОГІЇ ЕЛЕКТРОДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ

П. С. Анікін; Г. М. Шило; Ф. Бастос

doi:10.26661/2786-6254-2023-2-01

П. С. Анікін https://orcid.org/0000-0001-6767-784X
Г. М. Шило https://orcid.org/0000-0002-5020-6707
Ф. Бастос https://orcid.org/0000-0001-9573-8996

DOI: https://doi.org/10.26661/2786-6254-2023-2-01

Ключові слова: електродугове зварювання; CAE системи; робототехніка; 3D моделювання, Abaqus.

Анотація

У наведеній статті висвітлено інноваційний підхід до проблеми адитивного виробництва, оснований на розробці та використанні трирівневої ієрархічної моделі, яка використовує технологію електродугового зварювання. Основною метою дослідження є створення оптимального процесу адитивного виробництва, при якому досягаються високі показники якості та технологічності виготовлених деталей. Проведено симуляцію процесу адитивного виробництва з вимогами до технологічності та якості отриманої деталі у вигляді її геометричних розмірів, залишкових напружень та збереження оптимальної швидкості виробництва. На основі вимог аналізу технологічності розроблено алгоритм процесу симуляції. Створено та проведено аналіз тривимірної ієрархічної системи автоматизованого керування робототехнічною платформою адитивного виробництва у якій застосовується зворотній зв’язок з використанням телекомунікаційних пристроїв у вигляді камери та лазерних датчиків для контролю за температурним розповсюдженням під час процесу виробництва. Розглянуто окремо рівні ієрархічної моделі: створення валику, створення шару та створення стінки у процесі 3D-друку деталі. Визначено вхідні дані матеріалу для роботи з системою автоматизованого керування робототехнічною платформою з використанням технології електродугового зварювання та процесу симуляції цього виробництва. Отримано дані для можливості генерації автоматизованої програми для керування роботом під час процесу адитивного виробництва. Також було проведено аналіз можливостей симуляції тривимірного друку з використанням технології електродугового зварювання в системах CAE (Computer-Aided Engineering). Це дозволило визначити вплив температурних параметрів, механічних навантажень та зміни траєкторії руху під час створення деталі. На підставі отриманих даних встановлено значення залишкових напружень та виявлені дефекти, що допомагає покращити якість та надійність вироблених деталей в адитивному виробництві. Отримані результати досліджень надають актуальну та корисну інформацію для інженерної спільноти, що працює в галузі адитивного виробництва та робототехніки.

Посилання

1. Harshita P. Applications of wire arc additive manufacturing (WAAM) for aerospace component manufacturing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2023. № 127. URL: https://doi.org/10.1007/s00170-023-11623-7
2. Gardner L. Metal additive manufacturing in structural engineering – review, advances, opportunities and outlook. Structures. 2023. № 47. URL: https://doi.org/ 10.1016/j.istruc.2022.12.039
3. Anikin P., Shila G., Kulykovskyi R., Molochkov D. Wire+arc additive manufacturing automation control system architecture. Measuring and computing technology in technological processes. 2020.
4. Kozamiernik N. WAAM system with interpass temperature control and forced cooling for near-net-shape printing of small metal components. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. № 110. URL: https://doi.org/ 10.1007/s00170-020-05958-8
5. Dash A., Squiers L., Avila J., Bandyopadhyay A. Influence of active cooling on microstructure and mechanical properties of wire arc additively manufactured mild steel. Frontiers in Mechanical Engineering. 2023. № 9. URL: https://doi.org/ 10.3389/fmech.2023.1130407
6. Pringle A. Open source arc analyzer: Multi-sesnor monitoring of wire arc additive manufacturing. HardwareX. 2021. № 8. URL: https://doi.org/10.1016/j.ohx.2020.e00137
7. Zhang J. The gap-filling overlapping model for wire and arc additive manufacturing of multi-bead components. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022. № 123. URL: https://doi.org/10.1007/s00170-022-10132-3
8. Yildiz A. Wire arc additive manufacturing of high-strength low alloy steels: study of process parameters and their influence on the bead geometry and mechanical characteristics. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. № 108. URL: https://doi.org/10.1007/s00170-020-05482-9
9. Ling Y. A Heat Transfer Finite Element Model for Wire-Arc-Additive-Manufacturing Process. Proceedings of the 8th International Conference on Fracture, Fatigue and Wear. 2021.
10. Hwang. S. Numerical Simulation of Welding Residual Stress Distribution on T-joint Fillet Structure. International Journal of Ocean System Engineering. 2012. № 2. URL: https://doi.org/10.5574/ IJOSE.2011.2.2.082
11. Anikin P., Shilo G., Kulykovskyi R., Molochkov. D. Automation control system of 3d printing robotic platform with implemented wire + arc welding technology. Electrical Engineering and Power Engineering. 2021. № 4. URL: https://doi.org/ 10.15588/1607-6761-2020-4-4
12. Dong H. Weld bead size prediction for arc additive manufacturing based on ACS-DBN. Journal of System Simulation. 2021. № 12. URL: https://doi.org/10.16182/j.issn1004731x.joss.21-FZ0723
13. Le V. Optimization of Weld Parameters in Wire and Arc-Based Directed Energy Deposition of High Strength Low Alloy Steels. Advances in Technology Innovation. 2023. № 8. URL: https://doi.org/10.46604/ aiti.2023.10658
14. Muller J. WAAM of structural components-building strategies for varying wall thicknesses. Welding in the World, Le Soudage Dans Le Monde. 2023. № 67. URL: https://doi.org/10.1007/s40194-023-01481-y
15. Mao N. Forming optimization for WAAM with weaving deposition on curved surfaces. International Journal of Mechanical Sciences. 2023. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2023.108366
16. Jorge V. Pyrometrical Interlayer Temperature Measurement in WAAM of Thin Wall: Strategies, Limitations and Functionality. Metals – Open Access Metallurgy Journal. 2022. № 12 URL: https://doi.org/10.3390/ met12050765
17. Derekar K. Influence of interpass temperature on wire arc additive manufacturing (WAAM) of aluminium.The 71st IIW Annual Assembly and International conference. 2018.