WAAM robótico para piezas metálicas certificadas a gran escala
El consorcio INTEGRADDE ha impreso en 3D un conjunto de vigas metálicas optimizadas mediante WAAM robótico, basándose en un marco integral para la fabricación aditiva. El flujo de trabajo iniciado por la optimización incorpora pasos detallados de diseño y verificación FE realizados antes de la fabricación aditiva con Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) robótico.
Este enfoque de ingeniería orientado al producto combina los resultados de las pruebas, la simulación numérica y los parámetros del proceso para optimizar el diseño de las piezas y el proceso de configuración. Este enfoque para la impresión robótica en 3D de piezas metálicas a gran escala ofrece una perspectiva inteligente e innovadora para el futuro del sector de la arquitectura, la ingeniería y la construcción (AEC).
Junto con los socios de INTEGRADDE, MX3D ha desarrollado una innovadora estrategia de producción que consiste en el control continuo e integral del proceso WAAM, desde el diseño del producto hasta la verificación final, el control de calidad en línea para la fabricación de piezas metálicas certificadas y el enfoque de fabricación de personalización masiva.
INTEGRADDE es uno de los proyectos financiados por la UE más grandes y completos sobre la implementación industrial de tecnologías de disposición directa de energía (DED). INTEGRADDE busca la aplicación real de la fabricación aditiva en el entorno industrial europeo con la participación de 26 socios de 11 países europeos.
El objetivo de INTEGRADDE es desarrollar una solución y un marco novedosos de extremo a extremo para la fabricación aditiva de estructuras optimizadas, allanando el camino hacia la certificación y la coherencia en la fabricación aditiva robótica a gran escala mediante arco metálico (WAAM) y deposición láser de metal (LMD) en sectores estratégicos de metalurgia.
Junto con los socios de INTEGRADDE, MX3D ha desarrollado una innovadora estrategia de producción que consiste en el control continuo e integral del proceso WAAM, desde el diseño del producto hasta la verificación final, el control de calidad en línea para la fabricación de piezas metálicas certificadas y el enfoque de fabricación de personalización masiva.
La estructura personalizada, optimizada e impresa con WAAM ofrece una perspectiva inteligente e innovadora para el futuro del sector de la arquitectura, la ingeniería y la construcción (AEC) gracias a una combinación de varias ventajas relacionadas con WAAM: (a) fabricación inteligente mediante la reducción de los costes operativos y el tiempo de comercialización, (b) diseño complejo, personalizado y flexible sin aumentar los costes de fabricación, (c) reducción del impacto medioambiental mediante la disminución significativa del uso de materiales y los residuos, y (d) reducción del tiempo y los costes de montaje. Con estas ventajas, la estructura INTEGRADDE presenta un diseño optimizado de última generación que permite la reconfiguración, proyectos a gran escala y un rendimiento adecuado de los materiales.
MX3D (impresión robótica 3D en metal), junto con sus socios —Imperial College London (validación de materiales y diseño) y LimitState Ltd (optimización del diseño)—, ha llevado a cabo una exhaustiva investigación sobre el acero al carbono de baja aleación impreso con WAAM para elementos estructurales de carga pesada con 500 kg de muestras para diversas pruebas destructivas, 1 TB de datos de proceso registrados, 3 DPS (especificaciones de procedimiento de depósito) certificadas y modelos predictivos de inteligencia artificial, para la validación de procesos en línea y fuera de línea. Se ha comprobado que la eficiencia estructural de cada estructura optimizada (medida por la relación capacidad-masa) es al menos el doble que la del diseño de referencia correspondiente.
Un conjunto de vigas optimizadas con un enfoque de ingeniería orientado al producto combina los resultados de las pruebas, la simulación numérica y los parámetros del proceso para optimizar el diseño de las piezas y el proceso de configuración. En la línea piloto presentada por MX3D, se aplica la metodología INTEGRADDE para generar una familia de diferentes elementos estructurales como demostrador.
De conformidad con las directrices de diseño recomendadas por la AEC, el diseño de la estructura se realizó en colaboración con el Imperial College London, la Universidad de Sheffield y LimitState. El proceso de optimización CAD aprovechó el proceso de optimización del diseño ofrecido por el complemento Peregrine de LimitState. MX3D completó la planificación y el proceso de fabricación digital mediante el software y el sistema de control MetalXL de la empresa y fabricó la estructura de 2,5 metros en acero al carbono de baja aleación. La posibilidad de procesar cada característica como una entidad individual es clave para establecer la secuencia de impresión más correcta y eficiente y/o los atributos de impresión específicos. Además, MetalXL incluye control en tiempo real y supervisión continua mediante un complejo sistema de sensores para ayudar al operador con información en tiempo real, registro de datos de alta resolución y conocimientos avanzados sobre el proceso de impresión para el análisis de la calidad en línea y la posproducción. Estos registros de datos y conocimientos avanzados de MetalXL son aportaciones clave para lograr la certificación de la estructura optimizada e impresa con WAAM por parte del miembro del consorcio Bureau Veritas.
A pesar de las visiones de edificios impresos íntegramente en 3D, WAAM no sustituirá a los métodos de construcción tradicionales, al menos no a corto plazo. Sin embargo, WAAM ofrece importantes oportunidades como complemento a las herramientas tradicionales. Además, WAAM tiene varias ventajas importantes, como la fabricación inteligente, una mayor flexibilidad de diseño y la reducción del desperdicio de material, lo que permite una adopción más amplia de la impresión 3D en metal en la industria de la construcción para componentes a gran escala, como vigas personalizadas y optimizadas, tal y como se presenta con orgullo en el demostrador INTEGRADDE.
Basándose en su amplia experiencia, investigación avanzada y los requisitos de los clientes, MX3D ha lanzado recientemente una solución llave en mano, el sistema M1 Metal AM. El sistema robótico WAAM funciona con el software MetalXL, propiedad de la empresa, e incluye el sistema de control MetalXL, que supervisa y registra todos los parámetros de construcción relevantes mediante sensores de voltaje, amperaje, gas y temperatura. El sistema cuenta con rutinas de calibración automatizadas integradas para minimizar el tiempo de inactividad durante la producción ininterrumpida. El sistema M1 Metal AM ofrece una solución completa y rentable que permite a los sectores de la arquitectura, la ingeniería y la construcción imprimir en 3D piezas metálicas industriales de tamaño mediano a grande en sus propias instalaciones.
Artículo completo de investigación: https://ieeexplore.ieee.org/document/9635782. «Un marco integral para la fabricación aditiva de estructuras tubulares optimizadas», por Jun Ye (Imperial College London + Universidad de Zhejiang), Pinelopi Kyvelou (Imperial College London), Filippo Gilardi (MX3D), Hongjia Lu (Universidad de Sheffield), Matthew Gilbert (Universidad de Sheffield) y Leroy Gardner (Imperial College London).
Integradde: https://www.integraddeproject.eu/
Este proyecto ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea en virtud del acuerdo de subvención n.º 820776. La difusión de los resultados aquí presentados refleja únicamente la opinión del autor y la Comisión no se hace responsable del uso que pueda hacerse de la información que contiene.
