PRODUCTIVITY GAIN IN WIRE ARC ADDITIVE MANUFACTURING BROUGHT BY ROBOT-INTEGRATED COOLING SYSTEM USING COMPRESSED AIR

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.18624/etech.v17i1.1322

Palabras clave:

Compressed-air cooling; Mathematical modeling; WAAM cooling; WAAM productivity

Resumen

The international ISO/ASTM 52900 terminology classifies Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) as part of the group of Directed Energy Deposition (DED) of Additive Manufacturing (AM) processes for metallic pieces. These processes involve heat accumulation in some areas of a workpiece, which can possibly lead to thermal deformations, an excessively large weld pool and geometric defects. To avoid this, a common practice is the use of dwell times, where one stops the metal deposition and waits for the piece to cool down to a pre-determined temperature before resuming it, causing the productivity to plummet. The work presented in this paper studies a robot-integrated cooling system for WAAM applying compressed air, that shortens the dwell time needed to achieve a good quality piece using affordable and light equipment. Its goal is to assess the productivity gain attainable in the fabrication of a small (45 mm in height × nearly 50 mm in diameter) hollow piece of low carbon steel by WAAM using the forementioned cooling system. Experiments were performed and a simple mathematical model (avoiding the costs of Finite Elements models) to the essential heat transfer phenomena involved in the problem was put together and tested. The mathematical model overestimated the shortening of the cooling time, but the experiments confirmed the expected productivity gain, with the cooling system using compressed air allowing a 60 % reduction in the time needed to build a piece within acceptable geometrical tolerance limits.

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Biografía del autor/a

Erwin Teichmann, IFSC

Erwin W. Teichmann, 53 anos, nasceu em Florianópolis, é professor, pesquisador e Assessor de Relações Externas junto ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina (IFSC) - Campus Florianópolis. Atua na área da soldagem desde 1995. É Engenheiro Mecânico pela UFSC, mestre em Engenharia Mecânica e Doutor pela mesma instituição. Trabalhou por quase dez anos em fornecedores de componentes automotivos Tier 1 no Brasil e na França (Renault e ThyssenKrupp). Como gestor, liderou nestas empresas a implantação de linhas de fabricação no Brasil e no exterior com investimentos superiores a U$15.000.000,00. No IFSC, ministra desde 2009 aulas nas áreas de Produção e Soldagem para cursos de nível médio e superior. Foi professor do quadro permanente do Mestrado Profissionalizante em Mecatrônica até a extinção do curso e atualmente é Assessor de Relações Externas do Campus Florianópolis. É pesquisador membro dos seguintes grupos no CNPq: - GD+: Grupo de Desenvolvimento de Máquinas Automáticas Especiais - PFBMAT: Grupo de pesquisa em processos de fabricação e tecnologia dos materiais Trabalhou como pesquisador convidado no Instituto Fraunhofer para Tecnologia Laser em Aachen na Alemanha em um projeto de Pós-doutorado e atualmente é pesquisador no projeto ANEEL/CELESC/IFSC/EMBRAPII P&D 05697-0219/2019: Inserção de Veículos Elétricos em Frotas Públicas, através da Conversão de Veículos a Combustão para Tração Elétrica. Coordenou a realização do IV Mobisul - Congresso Internacional de Mobilidade. É um apaixonado por sustentabilidade e mobilidade elétrica.

Luciano Santos, Instituto Federal de Santa Catarina

Possui graduação em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina (1993), mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina (1996) e doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina (2001). Atualmente é professor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina. Tem experiência na área de engenharia, atuando principalmente nos seguintes temas: Manutenção, Engenharia de Dutos, Aeroelasticidade, Metrologia e Instrumentação, Simulação Numérica e Fenômenos dos Transportes.

Felipe Fukushima, Instituto Federal de Santa Catarina

Engenheiro Mecatrônico formado no Instituto Federal de Santa Catarina. Tem prontidão para comunicação interpessoal e disposto a trabalhar em equipe para resolver problemas de forma eficaz e eficiente.

Guillen Etchemendy, CESI École d'Ingénieurs

Possui BTS Conception et Réalisation de Systèmes Automatiques pelo Lycée Saint Cricq (2021). Atualmente é Apprenti Ingénieur da SOULE PEINTURE INDUSTRIELLE AERO. Tem experiência na área de Engenharia de Produção com ênfase em Engenharia de Produto.

Teo Boutillier, CESI École d'Ingénieurs

Apprenti Ingénieur da CNH Industrial - Le Plessis Belleville. Tem experiência na área de Engenharia de Produção com ênfase em Engenharia de Produto.

Rafael Nunes, Belgisch Instituut voor Lastechniek

Graduado em Engenharia de Materiais e Mestre em Engenharia Mecânica, ambos pela Universidade Federal de Santa Catarina (Brasil), especializando-se em processos, automatização, física e metalurgia da soldagem. Atualmente exerce a função de Engenheiro de Soldagem no Belgian Welding Institute (Bélgica). Durante toda sua graduação e pós-graduação, foi responsável por diversos projetos com empresas e institutos de pesquisas internacionais, almejando o desenvolvimento e avaliação de processos de união, revestimento e manufatura aditiva via soldagem a arco, Laser, e processos de soldagem no estado sólido, além de coordenar projetos para monitoramento em tempo real dos processos de soldagem, utilizando câmeras de alta velocidade, câmeras infravermelhas, espectroscopia e emissão acústica. Realizou estágio na empresa Schulz, no setor de Engenharia Industrial, focado em processos de soldagem, e posteriormente, no setor de Pesquisa e Desenvolvimento na empresa Durum Verscheliss-Schutz (Alemanha), líder mundial na produção e desenvolvimento de tecnologias para revestimentos duros. Realizou seu trabalho de conclusão de curso de graduação nas vertentes de alimentação de arame dinâmico no processo de soldagem GTAW e sua dissertação de mestrado no desenvolvimento e avaliação do processo de soldagem híbrida Laser-GMAW.

Publicado

2024-09-24

Cómo citar

Teichmann, E., Santos, L., Fukushima, F., Etchemendy, G., Boutillier, T., & Nunes, R. (2024). PRODUCTIVITY GAIN IN WIRE ARC ADDITIVE MANUFACTURING BROUGHT BY ROBOT-INTEGRATED COOLING SYSTEM USING COMPRESSED AIR . Revista E-TECH: Tecnologias Para Competitividade Industrial - ISSN - 1983-1838, 17(1). https://doi.org/10.18624/etech.v17i1.1322

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