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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-9945-404X
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Um estudo holístico da parametrização eficaz e eficiente da manufatura aditiva por deposição a arco (MADA) de paredes finas
Alternate title (s): A holistic study of effective and efficient parameterization in wire arc additive manufacturing (WAAM) of thin walls
Author: Teixeira, Felipe Ribeiro
First Advisor: Scotti, Américo
First member of the Committee: Scotti, Américo
Second member of the Committee: Mota, Carlos Alberto Mendes
Third member of the Committee: Rocha, Otavio Fernandes Lima
Fourth member of the Committee: Paes, Luiz Eduardo dos Santos
Fifth member of the Committee: Murray, Henara Lillian Costa
Summary: Este trabalho visou avaliar como diferentes variáveis do processo GMA (Gas Metal Arc) se relacionam entre si e como estas podem afetar a funcionalidade de paredes finas de aços depositadas com Manufatura Aditiva por Deposição a Arco (MADA). Na primeira etapa da tese, avaliou-se a possibilidade de parametrizar paredes finas usando a abordagem envelope de trabalho, mas considerando um envelope pré-existente feito com um material diferente e comum (mais barato), visando tornar essa abordagem mais econômica e funcional. Em seguida, abordou-se o efeito combinado entre a temperatura intercamadas com a velocidade de deslocamento sobre aspectos operacionais, geométricos e metalúrgicos de paredes finas de mesma largura efetiva, depositadas usando ou não uma abordagem de resfriamento ativo. Na última etapa da tese, foi proposta uma metodologia que possibilitou uma comparação sistemática de diferentes gases de proteção para que, na sequência, fosse avaliado o efeito de três diferentes misturas à base de argônio sobre aspectos operacionais, geométricos e metalúrgicos de paredes finas de aço inoxidável. O estudo dos aspectos operacionais envolveu, nas três etapas como um todo, a avaliação de sinais elétricos (corrente e tensão), velocidade de alimentação, perfis de temperatura, tempos de deposição, aspecto superficial e regularidade da transferência metálica. As características geométricas das paredes foram quantificadas a partir do software do escâner 3D empregado para digitalizar as paredes ou por meio de um código desenvolvido em linguagem Python. Microscopia óptica e ensaios de microdureza foram utilizados para promover o estudo dos aspectos metalúrgicos. Os resultados mostraram ser viável selecionar parâmetros para paredes finas (sem tecimento) depositadas por MADA com um número muito pequeno de experimentos quando utilizado um envelope de trabalho pré-existente para outro material. Ao avaliar o efeito combinado entre a temperatura intercamadas (TI) com a velocidade de deslocamento (VD), verificou-se que o aumento de TI com VD diminuiu a largura externa, ondulação lateral (melhor acabamento superficial), altura da camada e tempos de produção para a mesma largura efetiva, independentemente da abordagem de resfriamento considerada. Porém, para a mesma combinação de parâmetros, um menor tempo de produção é alcançado utilizando-se resfriamento ativo por quase imersão. A metodologia proposta para avaliar o efeito de diferentes gases de proteção possibilitou a confecção de paredes finas com o maior número possível de variáveis constantes e a maior regularidade de transferência metálica possível entre os diferentes gases. Com isso, a mudança dos gases de proteção pode ser avaliada de uma forma consistente. Em resumo, alternativas que viabilizam uma parametrização robusta, eficiente e eficaz de paredes finas para usuários do processo foram propostas e confirmadas neste trabalho.
Abstract: This work aimed at evaluating how different variables of the GMA (Gas Metal Arc) process relate to each other and how they can affect the functionality of thin steel walls deposited with Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). In the first stage of the thesis, the possibility of parameterizing thin walls for a feedstock is based on a pre-existing working envelope made with a different and ordinary (cheaper) material. Then, it was discussed the combined effect between interlayer temperature and travel speed on operational, geometrical and metallurgical features of thin walls with the same effective width, deposited using or not an active cooling approach. In the last stage of the thesis, a methodology was proposed to allow a systematic comparison of different shielding gases so that, then, the effect of three different argon-based blends on operational, geometric and metallurgical features of thin stainless-steel walls could be evaluated. The study of operational features involved, in the three stages of work, the evaluation of electrical signals (current and voltage), wire feed speed, temperature profiles, deposition times, surface aspect and metal transfer regularity. The geometrical features of the walls were quantified from the 3D scanner software used to digitize the walls or through a code developed in Python language. Optical microscopy and microhardness tests were used to assess the metallurgical features. The results showed that it is feasible to select parameters for thin walls deposited through WAAM with a lower number of experiments, using a pre-existing working envelope for another ordinary material. Evaluating the combined effect between interlayer temperature (IT) and travel speed (TS), it was verified that the increase of IT with TS decreased the external width, surface waviness (better surface finishing), layer height and deposition times for the same effective width, regardless of the cooling approach considered. However, for the same parameter combination, a shorter deposition time is achieved using near-immersion active cooling. The proposed methodology to evaluate the effect of different shielding gases allowed the building of thin walls with a higher number of constant variables and metal transfer regularity between different blends. Thus, the change in shielding gases can be evaluated in a consistent way. In summary, alternatives were proposed and confirmed in this work to allow robust, efficient and effective parameterization of thin walls for process users.
Keywords: Manufatura Aditiva
Additive Manufacturing
Soldagem a Arco
Arc Welding
Operacionalidade
Operability
Características geométricas
Geometrical features
Metalurgia
Metallurgy
Pirometria
Pyrometry
Controle
Control
Temperatura intercamada
Interlayer temperature
aço ARBL
HSLA steel
Aço inoxidável austenítico
Austenitic Stainless Steel
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: TEIXEIRA, Felipe Ribeiro. Um estudo holístico da parametrização eficaz e eficiente da manufatura aditiva por deposição a arco (MADA) de paredes finas. 2023. 155 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023.http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.103
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.103
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37752
Date of defense: 21-Mar-2023
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