Robotgestuurde WAAM voor grootschalige gecertificeerde metalen onderdelen
Een reeks geoptimaliseerde metalen trussen is 3D-geprint met robotgestuurde WAAM op basis van een end-to-end-raamwerk voor additive manufacturing door het INTEGRADDE-consortium. De door optimalisatie geïnitieerde workflow omvat gedetailleerde ontwerp- en FE-verificatiestappen die worden uitgevoerd voorafgaand aan additive manufacturing met robotgestuurde Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM).
Deze productgerichte engineeringaanpak combineert testresultaten, numerieke simulatie en procesparameters om het ontwerp en de configuratie van onderdelen te optimaliseren. Deze aanpak voor het robotgestuurd 3D-printen van grote metalen onderdelen biedt een intelligent en innovatief perspectief voor de toekomst van de architectuur-, engineering- en bouwsector (AEC).
Samen met de INTEGRADDE-partners heeft MX3D een innovatieve productiestrategie ontwikkeld voor continue en integrale controle van het WAAM-proces, van productontwerp tot eindcontrole, in-line kwaliteitsborging voor de productie van gecertificeerde metalen onderdelen en een aanpak voor massaproductie op maat.
INTEGRADDE is een van de grootste en meest uitgebreide door de EU gefinancierde projecten op het gebied van industriële implementatie van Direct Energy Disposition (DED)-technologieën. INTEGRADDE streeft naar de daadwerkelijke toepassing van additive manufacturing in de Europese industriële omgeving door 26 partners uit 11 Europese landen bij het project te betrekken.
Het doel van INTEGRADDE is het ontwikkelen van een nieuwe end-to-end-oplossing en een nieuw raamwerk voor de additieve productie van geoptimaliseerde structuren, waarmee de weg wordt vrijgemaakt voor certificering en consistentie in grootschalige robotgestuurde Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) en Laser Metal Deposition (LMD) in strategische metaalbewerkingssectoren.
Samen met de INTEGRADDE-partners heeft MX3D een innovatieve productiestrategie ontwikkeld voor continue en integrale controle van het WAAM-proces, van productontwerp tot eindcontrole, in-line kwaliteitsborging voor de productie van gecertificeerde metalen onderdelen en een aanpak voor massaproductie op maat.
De op maat gemaakte, geoptimaliseerde en WAAM-geprinte truss biedt een intelligent en innovatief perspectief voor de toekomst van de architectuur-, engineering- en bouwsector (AEC) dankzij een combinatie van verschillende voordelen die verband houden met WAAM: (a) slimme productie door lagere bedrijfskosten en kortere time-to-market, (b) complexe, op maat gemaakte en flexibele ontwerpen zonder hogere productiekosten, (c) minder milieubelasting door aanzienlijk minder materiaalgebruik en afval, en (d) kortere montagetijd en lagere montagekosten. Met deze voordelen biedt de INTEGRADDE-truss een geavanceerd, geoptimaliseerd ontwerp dat herconfiguratie, grootschalige projecten en adequate materiaalprestaties mogelijk maakt.
MX3D (robotgestuurd 3D-metaalprinten) heeft samen met zijn partners – Imperial College London (materiaal- en ontwerpvalidatie) en LimitState Ltd (ontwerpoptimalisatie) – uitgebreid onderzoek gedaan naar WAAM-geprint laaggelegeerd koolstofstaal voor zware constructie-elementen met 500 kg aan monsters voor verschillende destructieve tests, 1 TB aan geregistreerde procesgegevens, 3 gecertificeerde DPS'en (Deposit Procedure Specifications) en voorspellende modellen op basis van kunstmatige intelligentie, voor online en offline procesvalidatie. De structurele efficiëntie van elke geoptimaliseerde structuur (gemeten aan de hand van de capaciteit-massaverhouding) bleek minstens twee keer zo groot te zijn als die van het overeenkomstige referentieontwerp.
Een reeks geoptimaliseerde vakwerken, ontwikkeld volgens een productgerichte engineeringaanpak, combineert testresultaten, numerieke simulaties en procesparameters om het ontwerp van de onderdelen en het configuratieproces te optimaliseren. In de proefproductielijn van MX3D wordt de INTEGRADE-methodologie toegepast om een reeks verschillende constructie-elementen te genereren als demonstratiemodel.
In overeenstemming met de aanbevolen AEC-ontwerprichtlijnen is het ontwerp van de vakwerkconstructie tot stand gekomen in samenwerking met het Imperial College London, de Universiteit van Sheffield en LimitState. Bij het CAD-optimalisatieproces is gebruikgemaakt van de lay-outoptimalisatiefunctie van de LimitState-plug-in Peregrine. MX3D heeft de planning en het proces van de digitale fabricage uitgevoerd met behulp van het MetalXL-software en -besturingssysteem en produceerde de 2,5 meter lange truss in laaggelegeerd koolstofstaal. De mogelijkheid om elk onderdeel als een afzonderlijke entiteit te verwerken is essentieel voor het vaststellen van de meest correcte en efficiënte printvolgorde en/of specifieke printkenmerken. Bovendien omvat MetalXL realtime besturing en continue monitoring door een complex systeem van sensoren om de operator te ondersteunen met realtime feedback, datalogging met hoge resolutie en geavanceerde inzichten in het printproces voor inline kwaliteits- en postproductieanalyse. Deze datalogs en geavanceerde inzichten van MetalXL zijn essentiële input om certificering van de geoptimaliseerde en WAAM-geprinte truss te verkrijgen door consortiumlid Bureau Veritas.
Ondanks visies op volledig 3D-geprinte gebouwen zal WAAM de traditionele bouwmethoden niet vervangen, althans niet op korte termijn. WAAM biedt echter aanzienlijke mogelijkheden als aanvulling op traditionele methoden. Bovendien heeft WAAM verschillende belangrijke voordelen, zoals slimme productie, grotere ontwerpflexibiliteit en minder materiaalverspilling, wat de bredere toepassing van 3D-printen met metaal in de bouwsector bevordert voor grootschalige componenten zoals op maat gemaakte en geoptimaliseerde spanten, zoals trots gepresenteerd in de INTEGRADDE-demonstrator.
Op basis van uitgebreide ervaring, geavanceerd onderzoek en de wensen van klanten heeft MX3D onlangs een kant-en-klare oplossing gelanceerd: het M1 Metal AM-systeem. Dit gerobotiseerde WAAM-systeem draait op de eigen WAAM-software van het bedrijf, MetalXL, en wordt geleverd met het MetalXL Control System, dat alle relevante bouwparameters bewaakt en registreert met behulp van sensoren voor spanning, stroomsterkte, gas en temperatuur. Het systeem beschikt over ingebouwde geautomatiseerde kalibratieroutines om stilstand tijdens non-stop productie tot een minimum te beperken. Het M1 Metal AM System biedt een kosteneffectieve en complete oplossing waarmee de architectuur-, engineering- en bouwsector in eigen beheer middelgrote tot grote industriële metalen onderdelen in 3D kan printen.
Volledig onderzoeksartikel: https://ieeexplore.ieee.org/document/9635782. "Een end-to-end raamwerk voor de additieve productie van geoptimaliseerde buisvormige structuren", door Jun Ye (Imperial College London + Zhejiang University), Pinelopi Kyvelou (Imperial College London), Filippo Gilardi (MX3D), Hongjia Lu (Universiteit van Sheffield), Matthew Gilbert (Universiteit van Sheffield) en Leroy Gardner (Imperial College London)
Integradde: https://www.integraddeproject.eu/
Dit project heeft financiering ontvangen uit het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie in het kader van subsidieovereenkomst nr. 820776. De hierin opgenomen resultaten geven uitsluitend de mening van de auteur weer en de Commissie is niet verantwoordelijk voor het gebruik dat van de hierin opgenomen informatie wordt gemaakt.
Wilt u geavanceerde robotgestuurde 3D-metaalprinttechnologie in uw werkproces integreren? Dan raden we u van harte aan onze speciale pagina voor de architectuur- en bouwsector te bezoeken om te ontdekken wat er allemaal mogelijk is. Daar kunt u een uitgebreide galerij met onze geprinte onderdelen bekijken en kennismaken met voorbeelden van geavanceerde productietoepassingen die speciaal voor uw sector zijn ontwikkeld.
Ontdek hoe onze technologie doorlooptijden verkort en de constructieve prestaties verbetert, en vind de ideale oplossingen voor uw toekomstige projecten.
