Kamery termowizyjne Optris a druk 3D. Kontrola procesu WAAM

W technologii WAAM (Wire Arc Additive Manufactoring) materiał spajający w postaci drutu jest nakładany na płytę bazową metodą spawania łukowego, spoina po spoinie. Ma to kilka zalet w porównaniu z procesami opartymi na druku z proszków – drut jest znacznie tańszy jako materiał spajający, a większość stosowanych materiałów jest dostępna w postaci drutu. Takie rozwiązanie pozwala zrezygnować zarówno ze złożonej obsługi proszku, jak i technologii próżniowej. Największą zaletą WAAM jest osiągana bardzo duża szybkość narastania. W zależności od użytego materiału może to być nawet 650 cm3 na godzinę.

Maszyny WAAM z dużą przestrzenią instalacyjną

Berlińska firma GEFERTEC opracowuje i buduje urządzenia, w których stosowany jest proces WAAM do drukowania z metali w technologii 3D. Maszyny łukowe, dostępne w wersjach trzy- i pięcioosiowej o różnych wielkościach, łączą zaawansowaną technologię spawania łukowego, przyjazne dla użytkownika oprogramowanie CAM i obrabiarkę, tworząc w ten sposób gotowe do użycia rozwiązanie do wytwarzania addytywnego. W największym obecnie dostępnym rozwiązaniu z przestrzenią instalacyjną 8 m3 można produkować elementy o masie do 8000 kg. Specjalnie opracowane oprogramowanie CAM wykorzystuje parametry CAD przedmiotu obrabianego do generowania danych, za pomocą których obrabiarka CNC precyzyjnie steruje pozycjonowaniem głowicy spawalniczej.

Następnie maszyna w pełni automatycznie wytwarza przedmiot obrabiany o postaci bardzo zbliżonej do wymaganego kształtu. Po zakończeniu procesu drukowania powierzchnia elementu jest całkowicie lub częściowo obrabiana, w zależności od przewidzianego zastosowania.

Kontrola temperatury w procesie

Temperatura odgrywa ważną rolę w procesie WAAM. Dzieje się tak, ponieważ informacja o rozkładzie temperatury w obrabianym przedmiocie i odpowiednie chłodzenie są niezbędne do zapewnienia jakości gotowego elementu. – Podczas pracy maszyny spawanie rozpoczyna się dopiero wtedy, gdy warstwa podkładowa ostygnie do określonej temperatury – wyjaśnia Martin Lange, pracownik działu rozwoju produktu w firmie GEFERTEC. Jeśli warstwa pośrednia jest zbyt ciepła, następuje nierównomierne narastanie kolejnej warstwy – jej grubość może zmieniać się zbyt mocno, tym samym geometria elementu nie będzie zachowana. Technologia pomiaru temperatury jest realizowana za pomocą pirometru. Po nałożeniu warstwy głowica spawalnicza przesuwa się do punktu początkowego kolejnej warstwy, gdzie pirometr mierzy temperaturę elementu. Dopiero po osiągnięciu wymaganej wartości maszyna kontynuuje pracę. – W większości zastosowań wartość temperatury warstwy pośredniej jest ustawiana w zakresie 150–200 °C. Jest to idealne rozwiązanie gwarantujące powtarzalność wysokości spoiny – mówi inżynier ds. rozwoju.

Pirometry z serii CT firmy Optris będą stosowane w drukarkach łukowych, które w przyszłości dostarczy firma GEFERTEC. Są wyposażone w kompaktową głowicę pomiarową, którą można zintegrować z maszyną. Oddzielne układy elektroniki, które znajdują się w szafie sterowniczej, przesyłają dane o temperaturze warstwy do układu sterowania maszyny, gwarantując właściwe wartości temperatury poszczególnych warstw. Aby dokładnie określić temperaturę za pomocą pirometru, należy znać współczynnik emisyjności materiału.

W przypadku zakłóconego widoku powierzchni pomiarowej może wystąpić fałszowanie pomiaru. – Za pomocą naszych maszyn łukowych możemy również drukować elementy wykonane z tytanu, chociaż nie można uniknąć powstawania dużej ilości dymu – wyjaśnia Martin Lange. W tym przypadku zaleca się stosowanie pirometrów ilorazowych (dwubarwnych) z serii CTratio firmy Optris. Jednoczesny pomiar temperatury na dwóch różnych pasmach promieniowania podczerwonego oraz wyznaczenie stosunku zaabsorbowanego promieniowania, gwarantuje niezawodny pomiar mimo zaburzeń widzenia. – Dlatego w przyszłości będziemy używać pirometrów serii CTratio, jeśli użytkownik będzie chciał je stosować do drukowania elementów tytanowych – mówi Martin Lange.

Kamery na podczerwień

W urządzeniach WAAM coraz częściej stosowane są kamery na podczerwień, zwłaszcza podczas kwalifikacji procesów. – W kontekście naszych badań korzystne jest, aby rejestrować ogólny obraz procesu i w ten sposób uzyskać rozkład przestrzenny temperatury – wyjaśnia Martin Wolter, inżynier spawalnik w dziale rozwoju procesów w firmie GEFERTEC. Umożliwia to badanie rozkładów temperatury i procesów chłodzenia, które są wymagane do kwalifikacji procesów. Szczególnie pomocne jest użycie kamery termowizyjnej Spotfinder, np. Xi 400 firmy Optris o rozdzielczości 382 px × 288 px.

– Zakres widmowy używany w obecnej kamerze na podczerwień nie jest optymalny do stosowania na powierzchniach metalowych, otrzymujemy jedynie dane jakościowe, a nie rzeczywiste wartości – podkreśla Martin Wolter, zwracając uwagę na niewielką wadę obecnie stosowanej kamery. Aby określić rzeczywistą temperaturę w jeziorku stopionego metalu i jego otoczeniu, w przyszłości będzie stosowana nowa kamera termowizyjna firmy Optris, PI 1ML, specjalnie zaprojektowana do pomiaru temperatury metali. Wykorzystano tu fale pomiarowe o długości 1 µm. W tym zakresie emisyjność metali jest znacznie wyższa niż w paśmie średniej podczerwieni, tj. między 8 µm a 14 µm. Takie rozwiązanie umożliwia dokładniejsze i lepsze pomiary.

Prosta ocena obrazów termograficznych

Obrazy zarejestrowane przez kamery termowizyjne firmy Optris można przesyłać do komputera za pomocą interfejsu USB. Dzięki oprogramowaniu do analizy PIX Connect, które firma Optris dostarcza wraz z kamerami termowizyjnymi, obrazy termograficzne można oceniać w czasie rzeczywistym. Oprogramowanie ułatwia również archiwizację obrazów. 

Optris GmbH
Ferdinand-Buisson-Str. 14
13127 Berlin, Germany
tel. +49 30 500197-0

źródło: Automatyka 6/2024