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, diseñado con un enfoque de ingeniería orientado al producto, combina resultados de ensayos, simulación numérica y parámetros de proceso para optimizar el diseño de las piezas y el proceso de configuración. En la línea piloto aportada por MX3D, se aplica la metodología INTEGRADE para generar una familia de diferentes elementos estructurales a modo de demostración.
De conformidad con las directrices de diseño recomendadas por la AEC, el diseño de la estructura se llevó a cabo en colaboración con el Imperial College de Londres, la Universidad de Sheffield y LimitState. El proceso de optimización CAD se valió del proceso de optimización de la disposición que ofrece el complemento Peregrine de LimitState. MX3D completó la planificación y el proceso de fabricación digital mediante el software y sistema de control MetalXL y fabricó la viga de 2,5 metros en acero al carbono de baja aleación. La posibilidad de procesar cada elemento como una entidad individual es clave para establecer la secuencia de impresión más correcta y eficiente y/o atributos de impresión específicos. Además, MetalXL incluye control en tiempo real y supervisión continua mediante un complejo sistema de sensores para apoyar 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 calidad en línea y de posproducción. Estos registros de datos y conocimientos avanzados de MetalXL son aportaciones clave para lograr la certificación de la viga optimizada e impresa mediante WAAM por parte de Bureau Veritas, miembro del consorcio.
A pesar de las perspectivas de edificios impresos íntegramente en 3D, la WAAM no sustituirá a los métodos de construcción tradicionales, al menos no a corto plazo. Sin embargo, la WAAM ofrece importantes oportunidades como complemento de las herramientas tradicionales. Además, la WAAM presenta varias ventajas importantes, como la fabricación inteligente, una mayor flexibilidad de diseño y la reducción del desperdicio de material, lo que favorece una mayor adopción de la impresión 3D en metal en el sector de la construcción para componentes a gran escala, como las vigas personalizadas y optimizadas, tal y como se ha presentado con orgullo en el demostrador INTEGRADDE.
Basándose en una amplia experiencia, en investigaciones avanzadas y en las necesidades de los clientes, MX3D ha lanzado recientemente una solución llave en mano: el sistema M1 Metal AM. Este sistema robótico de impresión 3D aditiva por arcilla fundida (WAAM) funciona con el software MetalXL, desarrollado por la propia empresa, e incluye el sistema de control MetalXL, que supervisa y registra todos los parámetros de fabricación relevantes mediante sensores de tensión, 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 de forma interna.
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.
¿Desea integrar la impresión 3D robótica de metal de última generación en su flujo de trabajo? Le recomendamos encarecidamente que visite nuestra página dedicada al sector de la arquitectura y la construcción para descubrir todas las posibilidades. Allí podrá ver una galería detallada de nuestras piezas impresas y explorar casos de uso de fabricación avanzada diseñados específicamente para su sector.
Descubra cómo nuestra tecnología reduce los plazos de entrega y mejora el rendimiento estructural, y encuentre las soluciones ideales para sus próximos proyectos.
