Near-immersion active cooling for wire + arc additive manufacturing: from concept to application

Abstract

Sob a questão fundamental de como mitigar o acúmulo de calor na Manufatura Aditiva por Deposição a Arco (MADA) de alumínio, levantou se a hipótese de que se a pré-forma for depositada quase imersa em água então o acúmulo de calor seria uniformemente mitigado, desde que a evaporação da água não desestabilizasse o processo e tampouco aumentasse o nível de porosidade. Portanto, o objetivo geral desta tese foi responder à questão fundamental por meio da comprovação da hipótese levantada. Para alcançar esse objetivo, a estratégia foi trabalhar com base nos níveis de maturidade tecnológica - TRLs (ISO 16290), começando pelo conceito do que foi chamado de Resfriamento Ativo por Quase-Imersão (RAQUI) (TRL 1-2), seguido pela prova de conceito do RAQUI (TRL 2-3), passando para o desenvolvimento de um protótipo funcional e para a elaboração de um procedimento de seleção de parâmetros de deposição (TRL 3-4), e atingindo o estágio de avaliação do NIAC em um ambiente relevante através da deposição de pré-formas de Scalmalloy® (TRL 4-5). A aplicação do RAQUI resultou em um resfriamento significativo das pré-formas em tempo real. A temperatura de interpasse é mantida baixa e imutável independentemente da altura da pré-forma. Não houve aumento significativo de porosidade devido ao emprego de resfriamento com água. O procedimento de seleção de parâmetros proposto e validado permitiu uma adequação baseada na qualidade da superfície. Pré-formas adequadas de Scalmalloy® foram produzidas por MADA e com melhor produtividade com o RAQUI. Os perfis de durezas planos revelados ao longo da altura de construção indicaram que não ocorreu superenvelhecimento da pré-formas durante a deposição de tal liga. Além disso, os níveis de dureza aumentaram significativamente após tratamento térmico. Concluiu-se que a técnica NIAC é capaz de mitigar o acúmulo de calor em MADA de alumínio e, assim, lidar com os inconvenientes relacionados.