WAAM robotizzato per parti metalliche certificate di grandi dimensioni
Una serie di tralicci metallici ottimizzati è stata stampata in 3D con WAAM robotizzato sulla base di un framework end-to-end per la produzione additiva del consorzio INTEGRADDE. Il flusso di lavoro avviato dall'ottimizzazione incorpora fasi di progettazione dettagliata e di verifica FE eseguite prima della produzione additiva con Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) robotico.
Questo approccio ingegneristico orientato al prodotto combina i risultati dei test, la simulazione numerica e i parametri di processo per ottimizzare la progettazione e il processo di configurazione dei pezzi. Questo approccio alla stampa 3D robotica di parti metalliche di grandi dimensioni offre una prospettiva intelligente e innovativa per il futuro dell'industria dell'architettura, dell'ingegneria e delle costruzioni (AEC).
Insieme ai partner di INTEGRADDE, MX3D ha sviluppato una strategia di produzione innovativa che prevede il controllo continuo e integrale del processo WAAM, dalla progettazione del prodotto alla verifica finale, l'assicurazione della qualità in linea per la produzione di parti metalliche certificate e l'approccio alla produzione su misura.
INTEGRADDE è uno dei più grandi e completi progetti finanziati dall'UE sull'implementazione industriale delle tecnologie DED (Direct Energy Disposition). INTEGRADDE mira all'applicazione reale della produzione additiva nell'ambiente industriale europeo, coinvolgendo 26 partner di 11 Paesi europei.
L'obiettivo di INTEGRADDE è quello di sviluppare una nuova soluzione end-to-end e un quadro di riferimento per la produzione additiva di strutture ottimizzate, aprendo la strada alla certificazione e alla coerenza nella produzione robotizzata Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) su larga scala e nella Deposizione Laser di Metallo (LMD) in settori strategici della lavorazione dei metalli.
Insieme ai partner di INTEGRADDE, MX3D ha sviluppato una strategia di produzione innovativa che prevede il controllo continuo e integrale del processo WAAM, dalla progettazione del prodotto alla verifica finale, l'assicurazione della qualità in linea per la produzione di parti metalliche certificate e l'approccio alla produzione su misura.
Il traliccio su misura, ottimizzato e stampato con WAAM offre una prospettiva intelligente e innovativa per il futuro dell'industria dell'architettura, dell'ingegneria e dell'edilizia (AEC), grazie a un mix di diversi vantaggi legati a WAAM: (a) produzione intelligente, riducendo i costi operativi e i tempi di commercializzazione, (b) fornitura di progetti complessi, personalizzati e flessibili senza aumentare i costi di produzione, (c) riduzione dell'impatto ambientale grazie a una riduzione significativa dell'uso di materiali e dei rifiuti e (d) riduzione dei tempi e dei costi di assemblaggio. Grazie a questi vantaggi, il traliccio INTEGRADDE mostra un design ottimizzato all'avanguardia che consente la riconfigurazione, progetti su larga scala e prestazioni adeguate dei materiali.
MX3D (stampa 3D robotizzata del metallo), insieme ai suoi partner - Imperial College di Londra (convalida dei materiali e della progettazione) e LimitState Ltd (ottimizzazione della progettazione) - ha condotto una ricerca approfondita sull'acciaio al carbonio basso legato stampato in WAAM per le membrature strutturali per carichi pesanti, con 500 kg di provini per vari test distruttivi, 1 TB di dati di processo registrati, 3 DPS (Deposit Procedure Specifications) certificati e modelli predittivi di intelligenza artificiale, per la convalida del processo online e offline. L'efficienza strutturale di ogni struttura ottimizzata (misurata dal rapporto capacità/massa) è risultata almeno due volte superiore a quella del progetto di riferimento corrispondente.
Una serie di travature ottimizzate, frutto di un approccio ingegneristico incentrato sul prodotto, combina i risultati dei test, la simulazione numerica e i parametri di processo per ottimizzare la progettazione dei componenti e il processo di configurazione. Nella linea pilota realizzata da MX3D, la metodologia INTEGRADE viene applicata per generare una famiglia di elementi strutturali diversi a scopo dimostrativo.
In conformità con le linee guida di progettazione AEC raccomandate, la progettazione della travatura è stata realizzata in collaborazione con l’Imperial College di Londra, l’Università di Sheffield e LimitState. Il processo di ottimizzazione CAD ha sfruttato la funzionalità di ottimizzazione della disposizione offerta dal plugin Peregrine di LimitState. MX3D ha completato la pianificazione e il processo di fabbricazione digitale attraverso il proprio MetalXL e ha prodotto la travatura di 2,5 metri in acciaio al carbonio a bassa lega. La possibilità di elaborare ogni elemento come entità individuale è fondamentale per stabilire la sequenza di stampa più corretta ed efficiente e/o attributi di stampa specifici. Inoltre, MetalXL include il controllo in tempo reale e il monitoraggio continuo tramite un complesso sistema di sensori per supportare l’operatore con feedback in tempo reale, registrazione dei dati ad alta risoluzione e approfondimenti avanzati sul processo di stampa per l’analisi della qualità in linea e post-produzione. Questi registri di dati e gli approfondimenti avanzati di MetalXL sono input fondamentali per ottenere la certificazione della travatura ottimizzata e stampata con tecnologia WAAM da parte del membro del consorzio Bureau Veritas.
Nonostante le prospettive di edifici interamente stampati in 3D, la tecnologia WAAM non sostituirà i metodi di costruzione tradizionali, almeno non nel breve termine. Tuttavia, il WAAM offre opportunità significative come integrazione agli strumenti tradizionali. Inoltre, il WAAM presenta diversi vantaggi importanti, quali la produzione intelligente, una maggiore flessibilità progettuale e la riduzione degli scarti di materiale, favorendo una più ampia adozione della stampa 3D in metallo nel settore edile per componenti su larga scala, come le capriate personalizzate e ottimizzate, orgogliosamente presentate nel dimostratore INTEGRADDE.
Grazie alla sua vasta esperienza, alla ricerca avanzata e alle esigenze dei clienti, MX3D ha recentemente lanciato una soluzione chiavi in mano: il sistema M1 Metal AM. Il sistema robotizzato WAAM funziona con il software WAAM proprietario dell’azienda, MetalXL, ed è dotato del sistema di controllo MetalXL, che monitora e registra tutti i parametri di costruzione rilevanti tramite sensori di tensione, amperaggio, gas e temperatura. Il sistema integra routine di calibrazione automatizzate per ridurre al minimo i tempi di inattività durante la produzione ininterrotta. Il sistema M1 Metal AM offre una soluzione completa ed economica che consente al settore dell'architettura, dell'ingegneria e dell'edilizia di stampare in 3D internamente parti metalliche industriali di medie e grandi dimensioni.
Articolo di ricerca completo: https://ieeexplore.ieee.org/document/9635782."Un framework end-to-end per la produzione additiva di strutture tubolari ottimizzate", di Jun Ye (Imperial College London + Zhejiang University), Pinelopi Kyvelou (Imperial College London), Filippo Gilardi (MX3D), Hongjia Lu (University of Sheffield), Matthew Gilbert (University of Sheffield) e Leroy Gardner (Imperial College London).
Integradde: https://www.integraddeproject.eu/
Questo progetto è stato finanziato dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione Europea con l'accordo di sovvenzione n. 820776. La diffusione dei risultati del presente documento riflette solo il punto di vista dell'autore e la Commissione non è responsabile dell'uso che può essere fatto delle informazioni in esso contenute.
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