Desenvolvimento e avaliação de célula robótica para Wire and Arc Additive Manufacturing e Hot Forging Wire and Arc Additive Manufacturing

Abstract

O fabrico aditivo é alvo de grande investimento e interesse por parte da indústria. O Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) surge neste meio como um processo que se destaca pela sua elevada taxa de deposição, não obstante apresenta desvantagens como o fraco rigor geométrico e dimensional. Resultando da busca pela melhoria deste processo surge o HF-WAAM que motiva o estudo de viabilidade da sua implementação num braço robótico industrial. Foi projetado, concebido, otimizado e avaliado um protótipo funcional que permite estudar os efeitos do posicionamento do robô no processo assim como a exequibilidade do processo em diferentes configurações do braço robótico. Este protótipo permite o estudo da influência dos parâmetros em provetes produzidos. No âmbito deste trabalho foi analisado o comportamento do braço robótico associado aos provetes produzidos em diferentes configurações de juntas. A variante do Hot Forging WAAM (HF-WAAM) robótico foi aplicada com menores forças de forjamento que nos equi-pamentos onde fora previamente efetuado. Os resultados obtidos comprovam a exequibilidade do HF-WAAM num robô, vali-dando a possibilidade de implementação do processo a nível industrial constituindo assim uma boa fundação para futuros trabalhos de desenvolvimento da tecnologia. Foi possível compreender o comportamento do robô com o aumento da distância à base assim como o efeito de amortecimento da vibração ao longo das juntas. Produziram-se provetes lineares que apresentam os acabamentos pretendidos com o forjamento, no entanto verificaram-se irregularidades superficiais devido à vibração do end-effector (EE) durante o processo.

Additive manufacturing is the target of great investment and interest by the industry. The Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) process stands out in this environment because of its high deposition rate, although it has disadvantages such as poor geometric and dimensional accuracy. As a result of the search for improvement of this process, HF-WAAM was developed, which motivated the feasibility study of its implementation in an industrial robotic arm. A functional prototype was designed, conceived, optimized and evaluated, allowing the study of the effects of robot positioning on the process as well as the feasibility of the process in different configurations of the robotic arm. This prototype allows the study of the influence of parameters on produced specimens. In the scope of this work, the behavior of the robotic arm associated to the produced specimens in different joint configurations was analyzed. The variant of the robotic Hot For-ging WAAM (HF-WAAM) was applied with lower forging forces than on CNC machines where it was previously performed. The results obtained prove the feasibility of HF-WAAM on a robot, validating the pos-sibility of implementing the process at an industrial level, thus constituting a good founda-tion for future development work on the technology. It was possible to understand the ro-bot's behavior with the increase of the distance from the EE to the base as well as the vibra-tion damping effect along the joints. Linear specimens were produced that presented the expected finishes characteristic of the forging process, however there were surface irregula-rities due to the vibration of the end-effector (EE) during the process.