Система автоматизованого керування робототехнічною платформою 3d-друку з використанням технології електродугового зварювання
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2020-4-4Ключові слова:
електродугове зварювання, CAE системи, робототехніка, слайсінг, 3D моделюванняАнотація
Мета роботи. Розробка архітектури системи автоматизованого керування робототехнічною платформою 3D- друку з використанням технології електродугового зварювання, структури її апаратних компонентів, алгоритму функціонування.
Методи дослідження. Для реалізації алгоритму програми керування використовується комп’ютерне моделювання теплових режимів в CAE-системі. Основні параметри технології друку окремого шару отримані шляхом експериментального використання технології адитивного виробництва електродуговим зварюванням.
Отримані результати. Визначено вимоги до технологічності та якості друку деталей у вигляді геометричних розмірів об’єкту, хвилястості поверхні, параметрів стану мікроструктури, залишкових напружень та збереження оптимальної швидкості виробництва. На основі вимог аналізу технологічності розроблено алгоритм програми керування. Створено архітектуру системи автоматизованого керування робототехнічною платформою адитивного виробництва, у якій застосовується зворотній зв’язок для контролю температурного режиму, параметрів геометричної форми деталі та зварювальної ванни. Розроблено трирівневу ієрархічну модель, що надає можливість розглядати окремо рівні створення валику, шару та стінки у процесі 3D-друку деталі. Визначено вхідні дані для роботи системи автоматизованого керування робототехнічною платформою з використанням технології електродугового зварювання. Розглянуто базові геометричні параметри зварювального валику та способи перекриття двох та більше валиків, при генерації програми для керування роботом показана необхідність урахування критичних відмінностей ідеальної та реальної моделей перекриття валиків. Проведено аналіз можливостей симуляції тривимірного друку з використанням технології електродугового зварювання в CAE-системах для визначення впливу температурних параметрів, механічних навантажень, зміни траєкторії руху створення деталі, та на основі отриманих даних визначення залишкових напружень та дефектів у вироблених деталях.
Наукова новизна. Запропоновано архітектуру системи автоматизованого керування робототехнічною платформою 3D-друку з включенням системи зворотного зв’язку для контролю температурного режиму, параметрів геометричної форми деталі та зварювальної ванни. Розроблено трирівневу ієрархічну модель технології адитивного виробництва з використання електродугового зварювання. Розроблено алгоритм функціонування системи, що надає можливість удосконалення геометричних та механічних властивостей готової продукції.
Практична цінність. Розробка автоматизованої системи керування робототехнічною платформою 3D-друку з використанням технології електродугового зварювання, що надасть можливість підвищити точність друку деталей та зменшити час виготовлення.
Посилання
Subrahmanyam A., Srinivasa P., Prasad K. (2020) Critical review on characterization of DMLS materi-als. Journal of Xi’an University of Architecture and Technology. 14. 665-688.
Stelzer N., Scheerer M., Bača L. (2018) Mechanical properties of surface engineered metallic parts pre-pared by additive manufacturing. The European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Environmental Testing.
Nguyen Huu, Guo Yanling, Tat, Thang Nguyen, Yu Yueqiang (2019) Study on optimization of PES/CaCO 3 composite powder for selective laser sintering (SLS) 3D printing technology. IOP Confer-ence Series: Materials Science and Engineering. 612. DOI:10.1088/1757-899X/612/3/032104.
Dragunov V., Goryachkina M., Gudenko A., Sliva A., Shcherbakov A. (2019) Investigation of the optimal modes of electron-beam wire deposition. IOP Con-ference Series: Materials Science and Engineering. 681. DOI:10.1088/1757-899X/681/1/012008.
Eyercioglu O., Atalay Y., Aladag M. (2020) Evalu-atuion of overhang angle in TIG welding-based wire arc additive manufacturing process. International Journal of Research - GRANTHAALAYAH. 7(10). 247-254. DOI:10.29121/granthaalayah.v7.i10.2019.393.
Bai Yishan, Gao Qingwei, Chen Xin, Yin Hao, Fang Longfei, Zhao Jian (2019) Research on Microstruc-ture and Properties of 304 Stainless Steel Made by MIG Filler Additive Manufacturing. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 237. DOI:10.1088/1755-1315/237/3/032096.
Fang X., Ren C., Bai H., Wang C., Lu B. (2019) Analy-sis of characteristics of process parameters in CMT additive manufacturing. IOP Conference Series: Ma-terials Science and Engineering. 504. DOI:012018. 10.1088/1757-899X/504/1/012018.
Artaza T., Bhujangrao T., Suarez A., Veiga F., Lamikiz A. (2020) Influence of Heat Input on the Formation of Laves Phases and Hot Cracking in Plasma Arc Welding (PAW) Additive Manufacturing of Inconel 718. Metals - Open Access Metallurgy Journal. 10(771). 1-17. Doi:10.3390/met10060771
Korzhyk V., Khaskin V., Voitenko O., Sydorets V., Dolianovskaia O. (2017). Welding Technology in Additive Manufacturing Processes of 3D Objects. Materials Science Forum. 906, 121-130. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.906.121
Dinovitzer M., Chen Xiaohu, Laliberte J., Huang Xiao, Frei H. (2019) Effect of Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) Process Parameters on Bead Geometry and Microstructure. Additive Manu-facturing. 26. DOI:10.1016/j.addma.2018.12.013.
Ding J., Colegrove P., Mehnen J., Ganguly S., Sequei-ra Almeida P.M., Wang F., Williams S. (2011) Ther-mo-mechanical analysis of Wire and Arc Additive Layer Manufacturing process on large multi-layer parts. Computational Materials Science. DOI:10.1016/j.commatsci.2011.06.023
Ho Alistair, Zhao Hao, Fellowes J., Martina F., Davis A., Prangnell P. (2019) On the Origin of Microstruc-tural Banding in Ti-6Al4V Wire-Arc Based High Deposition Rate Additive Manufacturing. Acta Ma-terialia. 166. DOI:10.1016/j.actamat.2018.12.038.
Adnan F., Andan, F., Romlay F., Shafiq M. (2019) Real-time slicing algorithm for Stereolithography (STL) CAD model applied in additive manufacturing industry. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 342. D:10.1088/1757-899X/342/1/012016
Hu J. (2017) Study on STL-based slicing process for 3D printing. Proceedings of the 28th Annual Interna-tional Solid Freeform Fabrication Symposium. An Additive Manufacturing Conference.
Almeida P. S., Williams S. (2010) Innovative process model of Ti–6Al–4V additive layer manufacturing using cold metal transfer (CMT). In Proceedings of the Twenty-first Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, University of Texas at Aus-tin, Austin, TX, USA.
Xiong J. (2012) Bead geometry prediction for robotic GMAW-based rapid manufacturing through a neural network and a second-order regression analysis. Journal of Intelligent Manufacturing. 1-7.
Xiong J. (2012) Modeling of bead section profile and overlapping beads with experimental validation for robotic GMAW-based rapid manufacturing. Robotics and Computer Integrated Manufacturing.
Suryakumar S. (2011) Weld bead modeling and pro-cess optimization in Hybrid Layered Manufacturing. Computer-Aided Design. 43, 331-344.
Aiyiti W. (2006) Investigation of the overlapping parameters of MPAW-based rapid prototyping. Rap-id Prototyping Journal. 12, 165-172.
Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. (2015) A multi-bead overlapping model for robotic wire and arc additive manufacturing (WAAM). Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 31, 101-110.
Mehnen J., Ding Jialuo, Lockett H., Kazanas P. (2014) Design study for wire and arc additive manu-facture. Int. J. of Product Development. 19, 2 - 20. DOI:10.1504/IJPD.2014.060028.
Wang J., Lin Xin, Jiaqiang Li, Hu Y.L, Zhou Yinghui, Wang Chong, Li Qiuge, Huang Weidong (2019) Ef-fects of deposition strategies on mac-ro/microstructure and mechanical properties of wire and arc additive manufactured Ti 6Al 4V. Materials Science and Engineering. A, 754. DOI:10.1016/j.msea.2019.03.001.
Graf M., Hälsig A., Höfer K., Awiszus B., Mayr P. (2018) Thermo-Mechanical Modelling of Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM) of Semi-Finished Products. Metals. 8, 1009. DOI:10.3390/met8121009.
Israr R., Buhl J., Elze L., Bambach M. (2018) Simula-tion of different path strategies for wire-arc additive manufacturing with Lagrangian finite element meth-ods. Brandenburg University of Technology Cott-bus–Senftenberg, Chair of Mechanical Design and Manufacturing, LS-DYNA Forum, Bamberg
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
