Publicação: Exploring Solutions to Mitigate Unidirectional Grain Growth and to Set Operational Envelop for Wire + Arc Additive Manufacturing of Aluminium Alloys
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA
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Resumo
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) é um novo processo com alta potencial de aplicação industrial. No entanto, ainda existem algumas limitações, como a anisotropia das propriedades mecânicas, que atrasa uma ampla implementação do WAAM. Além disso, enquanto WAAM é uma nova tecnologia, seu envelope operacional não é totalmente conhecido. O primeiro objetivo deste trabalho foi avaliar soluções para mitigar o crescimento unidirecional de grãos em alumínio por WAAM, o que leva à anisotropia das propriedades mecânicas da parte impressa. No âmbito deste objetivo, duas abordagens metodológicas foram empregadas. A primeira abordagem utilizou a técnica de soldagem de reversão em comparação com uma referência (a deposição unidirecional convencional) e um método tradicional para reduzir o crescimento unidirecional (deposição bidirecional). Uma segunda utilizou inoculação no metal depositado por nanopartículas. Ambas as abordagens mostraram capacidade de mitigar o crescimento epitaxial de grandes grãos colunares e refinar a microestrutura, no entanto, a técnica de reversão mostrou ser mais fácil de implementar. O segundo objetivo deste trabalho foi encontrar um envelope operacional do processo, ou seja, uma faixa de velocidades de deslocamento para uma determinada taxa de deposição e para uma determinada relação de taxa de deposição / velocidade de deslocamento. Este estudo mostrou que há uma faixa de volume do banho em fusão durante a deposição que deve ser respeitada para alcançar paredes impressas com boa qualidade.
Abstract
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is a novel process with high industrial application. However, there are still some limitations, such as anisotropy of mechanical properties, which delays a wide implementation of WAAM. Moreover, as long as WAAM is a new technology, its operational envelope is not utterly known. The first objective of this work was to assess solutions to mitigate unidirectional grain growth in WAAM of aluminium, that leads to anisotropy of the mechanical properties of the printed part. In the scope of this objective, two methodological approaches were employed. The first approach used the switchback welding technique in comparison with a reference (the conventional unidirectional deposition) and also a traditional method for reduce unidirectional growth (bidirectional deposition). The second one used nanoparticles inoculation in the deposited metal. Both approaches showed ability to mitigate epitaxial growth of big columnar grains and to refine microstructure, however switchback technique show to be easier to implement. The second objective of this work was to find an operational envelope of the process, i.e., a range of travel speeds for a given deposition rate and for a given ratio deposition rate/travel speed. This study showed there are a range of pool volume during the deposition that must be respected to reach sound printed walls.
Palavras-chave
WAAM, Aluminium, Switchback, Inoculation, Alumínio, Inoculação, Aлюміній, Інокуляція, Engenharia mecânica, Processos de fabricação, Engenharia industrial
Citação
YEHOROV, Yurii. Exploring Solutions to Mitigate Unidirectional Grain Growth and to Set Operational Envelop for Wire + Arc Additive Manufacturing of Aluminium Alloys. 2018. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018.DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.574.