Проблемы в Wire Arc Additive Manufacturing
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) стал высокоэффективным методом производства крупных металлических компонентов с использованием аддитивных технологий. Применяя дуговую сварку и проволоку в качестве исходного материала, WAAM обеспечивает высокую скорость наплавки, экономичность и упрощённую обработку по сравнению с порошковыми технологиями.
Однако поддержание точного температурного режима на протяжении всего процесса остаётся серьёзной задачей. Качество конечного изделия напрямую зависит от распределения температуры и поведения охлаждения между слоями. Если межслойная температура слишком высокая, это может привести к неравномерной толщине слоёв, искажению геометрии и снижению прочности конструкции.
Кроме того, такие факторы окружающей среды, как дым — особенно при работе с материалами, например титаном — могут мешать точному измерению температуры, усложняя надёжный мониторинг. Без точного контроля эти проблемы приводят к дефектам, снижению повторяемости и уменьшению производственной эффективности.
Понимание процесса WAAM
В процессе WAAM металлическая проволока непрерывно подаётся и расплавляется с помощью электрической дуги, наплавляясь слой за слоем на базовую платформу. Каждый сварочный валик формирует часть конечной структуры, постепенно создавая изделие.
По сравнению с порошковыми методами аддитивного производства WAAM имеет ряд преимуществ:
- более низкая стоимость материалов благодаря использованию проволоки
- отсутствие необходимости в вакуумных системах
- высокая скорость наплавки — до 650 см³ в час
Компании, такие как GEFERTEC, разработали современные установки WAAM, объединяющие технологии дуговой сварки, CAM-программное обеспечение и станочное оборудование в единую систему.
Несмотря на эти преимущества, контроль температуры между слоями остаётся критически важным для обеспечения стабильной геометрии и высокого качества сварных швов.
Инфракрасное измерение температуры для контроля процесса
Для обеспечения стабильного производства инфракрасное измерение температуры играет ключевую роль в мониторинге и управлении межслойной температурой. В отличие от контактных методов, инфракрасная пирометрия обеспечивает бесконтактное измерение температуры в реальном времени без влияния на процесс.
В системах WAAM используются решения, такие как пирометры серии Optris CT, для измерения температуры каждого слоя перед началом следующего этапа сварки.
Как правило, оптимальная межслойная температура поддерживается в диапазоне 150–200 °C. После завершения слоя система измеряет температуру детали, и следующий слой наносится только после достижения заданного значения.
Такой подход обеспечивает стабильную высоту сварного шва, точную геометрию и воспроизводимые результаты на протяжении всего процесса.
Надёжные измерения в сложных условиях
В некоторых случаях, например при печати титана, сильное задымление и выбросы могут ухудшать видимость измеряемой зоны. Это снижает точность традиционных односпектральных пирометров.
Для решения этой проблемы применяются двухволновые пирометры, такие как серия Optris CTratio. Эти устройства определяют температуру по соотношению излучения на двух длинах волн, что позволяет получать точные данные даже при частично нарушенной видимости.
Это делает их особенно подходящими для сложных условий WAAM и обеспечивает надёжный контроль температуры независимо от внешних факторов.
Термографическая визуализация для оптимизации процесса
Помимо пирометрии, инфракрасная термография предоставляет ценную информацию о распределении температуры по всей детали. Камеры, такие как Optris PI 1M, позволяют визуализировать тепловое поведение в процессе WAAM.
Благодаря высокому разрешению и спектральному диапазону, оптимизированному для металлических поверхностей, такие камеры позволяют анализировать:
- распределение тепла по изделию
- охлаждение между слоями
- температурные градиенты, влияющие на прочность
Эти данные необходимы для квалификации и оптимизации процесса. Понимание тепловых процессов позволяет корректировать параметры и повышать качество продукции.
Повышение качества, эффективности и надёжности
Использование инфракрасного контроля температуры в WAAM обеспечивает ряд преимуществ:
- предотвращение дефектов за счёт контроля межслойной температуры
- повышение стабильности сварных швов и точности геометрии
- надёжная работа даже в задымлённых и сложных условиях
- поддержка анализа и оптимизации процессов
- повышение производительности и снижение количества брака
Комбинация пирометрии и термографии позволяет получать как точечные, так и комплексные данные, обеспечивая полный контроль процесса.
Wire Arc Additive Manufacturing является мощным и экономичным методом 3D-печати металлов, однако его эффективность напрямую зависит от точного температурного контроля. Отклонения температуры могут существенно повлиять на качество изделий и стабильность процесса.
Инфракрасное измерение температуры представляет собой надёжное и бесконтактное решение для управления этими параметрами в реальном времени. Использование пирометров и инфракрасных камер Optris позволяет оптимизировать производство, повысить качество и обеспечить стабильность результатов.
По мере развития технологий WAAM внедрение современных систем теплового мониторинга становится ключевым фактором для достижения высокой точности, надёжности и эффективности в аддитивном производстве металлов.
