この投稿は Coco Bear によって 2023-12-30 13:34 に最後に編集されました
ワイヤアーク積層造形法 (WAAM) は、指向性エネルギー堆積法 (DED) 3D プリントの一種です。 DED テクノロジーは、レーザー、電子ビーム、またはプラズマに集束されたエネルギー源材料を使用して、多軸アームに取り付けられたノズルを通して粉末またはワイヤの形で金属材料を堆積できる金属 3D 印刷テクノロジーです。 WAAM はアーク溶接にヒントを得て、熱源として電気アークを使用します。
WAAM テクノロジーは、金属不活性ガス (MIG) または金属活性ガス (MAG)、タングステン不活性ガス (TIG)、またはプラズマアーク溶接ワイヤ (PAW) を使用したロボット システムによるさまざまな自動溶接技術の原理に基づいています。 WAAM は、チタン、アルミニウム、ニッケル、鋼合金など、さまざまな金属と互換性があります。
△Naval Groupの3Dプリントプロペラ
WAAM 3D プリントの用途<br /> 他の DED プロセスと同様に、WAAM は機器の修理や、古い機械のメンテナンスのために製造中止になった部品の作成によく使用されます。この技術は完全な部品の製造にも使用できます。 WAAM は、特に航空、航空宇宙、自動車、エネルギー、防衛の各分野で使用されます。試作品、金型、個別部品、小ロットの製造に使用されます。特に大型金属部品の製造に適していますが、大量生産での使用についてはまだ検討中です。
●航空宇宙分野では、Naval Group が WAAM 技術を使用してアンドロメド掃海艇のプロペラを製造しています。
●エネルギー分野では、Vallourec 社が EDF Hydro 社の水力発電設備の安全性を確保するため、WAAM を使用した最初のシーリング リングを製造しました。このシーリング リングの直径は 1 メートル、重量は 100 キログラムです。
●ロボット分野では、MX3D は WAAM 技術を使用して構造用鋼コネクタを製造しています。
●MX3DはWAAMを使用して、石油・ガス産業向けのパイプコネクタや、大型機械用のギアやカスタムコンポーネントを製造しています。
●MX3DはWAAM技術を使用してアムステルダムに橋を建設しました！
Relativity Space 社はこの技術を使用して、Terran 1 軽量ロケットを製造しました。
△日本有数の建設会社が手がけるコネクター
WAAM 3D プリントには多くの利点があります。まず、印刷速度が速いため、生産時間を大幅に節約できます。コストも、粉末床溶融結合技術、特に選択的レーザー溶融 (SLM) を使用する機械よりも低くなります。 WAAM テクノロジーは、幅広い互換性のある金属から選択でき、非常に大きな部品を製造できる点でも優れています。
技術の限界
WAAM プロセスにも限界があり、部品の詳細と寸法精度は粉末床溶融結合技術に比べて再現性が低くなります。 WAAM 技術を使用して製造された部品には、特にアルミニウム部品の場合、部品の機械的特性を低下させる可能性のある内部多孔性などの欠陥が生じる可能性があります。
残留応力は、WAAM テクノロジーで発生する可能性があるもう 1 つの異常であり、特に反り、反り、または剥離によって部品のサイズや形状の歪みを引き起こす可能性があります。これらの現象はすべて、剥離の場合、印刷された部品の最上層、最下層、またはすべての層の層の変形によって特徴付けられます。これらの変形は、極めて高い動作温度と材料の技術的な性質によって引き起こされます。力が加わったときに部品のサポートが不十分になる可能性があります。
△Vallourec社が発電所にWAAM技術を採用
これらの欠点の発生を抑えるには、すべての WAAM パラメータを理解し、できるだけ正確に設定する必要があります。これにより、一貫した溶融金属の堆積と一定の熱が保証されます。巻き出し速度、送り速度、電流、電圧、層の厚さ、シールドガスの流量、ビード間隔はすべて、スムーズなプロセスを確保するための重要な要素です。
しかし、これらの異常を緩和できる技術的な解決策は存在します。これらには、機械加工、硬化、圧延が含まれます。この方法では、冷却段階でローラーを使用して溶接ビードに圧力をかけることで、気孔率を低減します。残留応力を軽減するために、材料を予熱することができます。アルミニウム銅合金、アルミニウムチタン合金、アルミニウム鉄合金など、一部の材料や合金は他の材料や合金よりもひび割れや剥離が発生しやすいことに注意することが重要です。
他の積層造形技術と同様に、WAAM でも多くの仕上げ後処理が必要であり、これは従来の機械加工プロセスを使用して実行されます。一部の WAAM アプリケーションでは、印刷フェーズ中に 2 番目のロボットを使用して処理を実行できます。
WAAM 3Dプリンターメーカー
WAAM テクノロジーを採用している 3D プリンター メーカーには、Prodways (WAAM-TIG プロセスを採用した 3D プリンター)、Norsk Titanium とその社内 Rapid Plasma Deposition (RPD™) プロセス、GEFERTEC、MX3D、WAAM3D、Lincoln Electric などがあります。
● AML3D
△AML3Dのロボットアーム Arcemy WA(A)M 3Dプリンター
AML3D は、2014 年に設立されたオーストラリアの WAAM 3D プリンター メーカーです。同社の Arcemy 3D プリンターは、航空宇宙、防衛、海洋産業向けに、チタン、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、炭素鋼など、さまざまな金属や合金で大規模な工業製品を生産します。 Arcemy の造形体積は 1,500 x 1,500 x 1,500 mm です。 Arcemy は、溶接科学、ロボット自動化、材料工学、独自のソフトウェアを組み合わせて、溶融した溶接ワイヤを層ごとに堆積させることで部品を製造します。 AML3D は、WAAM テクノロジーを「WAM」、つまり単に「Wire Arc Manufacturing」と呼んでいます。 WAAM と同様に、WAM は電気アークと溶接ワイヤを原料として組み合わせて、中型から大型の自由形状部品を製造したり、修理したりします。
● WAAM3D
△WAAM3DのRoboWAAMプリンター
WAAM3D は 2018 年に設立され、英国のクランフィールド大学の研究から生まれました。 WAAM3D の RoboWAAM システムは、Kuka ロボット モーション システム、材料とプロセスの要件に合わせた電源オプション、センサー スイートを備えたエンド エフェクタ、および独自のソフトウェアを使用します。 RoboWAAM の印刷領域は 2,000 x 2,000 x 2,000 mm です。システム全体は、WAAMPlanner のパス計画およびパラメータ割り当て機能を補完する WAAMCtrl ソフトウェア パッケージを介してオペレーターのデスクトップから制御できます。 RoboWAAM には、幅広いシールド ソリューション、フィルタリングと再循環を備えた自動煙管理システム、不活性雰囲気の自動パージ、追加の安全システムも備わっています。
●ゲフェルテック
△Gefertec Arc60x WAAM 金属3Dプリンター
ドイツに拠点を置く Gefertec は、アーク溶接技術と、シーメンスの制御機能を備えた特別に開発された CAM ソフトウェアを、さまざまな 3D プリンターに統合しています。同社によれば、アーク工作機械シリーズは工作機械を使う人なら誰でもすぐに操作できるという。 WAAM プロセス専用に設計された Arc マシン Arc40X および Arc60X は、3 軸バージョンと 5 軸バージョンがあり、最大重量 3,000 kg、最大サイズ 3,000 x 3,000 x 3,000 mm のコンポーネントを印刷できます。現在、選択できる合金（アルミニウム、スチール、ニッケルベース、チタン）は約 30 種類あり、プロセスは信頼性があります。 Arc WAAM プリンターは、統合センサーによる温度追跡、冷却ガスによる局所冷却用の冷却システム、自動溶接ガン洗浄システム、および独立したチタン モジュールを備えています。 Gefertec と Siemens NX CAM ソフトウェアの統合パートナーシップにより、製造およびプロセス関連の品質監視が簡素化されます。
●ノルスクチタン
△ノルスクチタン
ノルウェーに拠点を置くノルスク・チタニウム社は、プラズマアーク溶接を使用して不活性アルゴン環境でチタン線を形成するため、WAAM プロセスを高速プラズマ堆積 (RPD) と呼んでいます。 Norsk は主に航空宇宙および防衛産業向けのチタン合金を専門としており、そのプラットフォームの精度により加工時間が短縮されます。同社は連邦航空局（FAA）の承認を受けたチタン構造物を納入しており、従来の製造方法に比べて購入から飛行までの比率が50～75％向上したとしている。
Norsk Titanium の最新の WAAM プリンターは Merke IV です。現在、同社の最新鋭の Merke IV マシンの生産範囲は 900 x 600 x 300 で、次世代のマシンでは生産範囲がさらに広くなります。生産能力には、現在の顧客ベースに対応するためにノルウェーに 4 台の機械、米国に 9 台の機械が含まれます。
● MX3D
△MX3Dは当初非密閉型ロボットアームを使用していましたが、その後徐々に不活性環境3Dプリンターに移行しました。
オランダの会社 MX3D は M1 WAAM プリンターを提供しています。アムステルダムで金属橋を印刷したシステムとは異なり、M1 は 8 軸 ABB ロボット WAAM セットアップ、Fronius GMAW/CMT 溶接機、MX3D 制御システム ソフトウェアを備えたクローズド システムです。 M1 には、既存の機器をハイブリッドな増強および削減システムに変換する交換可能なツール アタッチメントも備わっています。 MX3D ソフトウェア MetalXL は、ツールパスの生成を管理し、設計を機械命令と印刷戦略に変換します。ロボットの運動制御は、すべてのプログラミングを物理的な動きに変換します。
●アディラン
△アディラン
スペインのWAAMプリンター新興企業Addilanは、2018年に初の商用WAAMプラズマ技術マシンを発売し、それ以来、航空宇宙、防衛、海洋産業にその技術をターゲットにしてきました。現在、同社の Web サイトには、Addilan Arclan P1200-4X と Addilan Arclan 1000-5x の 2 つのハイブリッド プリンターが掲載されています。最新の追加機能の技術的詳細はまだ公開されていませんが、Arclan P1200-4x は独自の CNC、閉ループ制御システム、不活性チャンバー、最大 6 kg/時の堆積速度を備えています。このプリンターはチタン、超合金、アルミニウム合金部品のWAAM性能を最大限に引き出すように設計されており、同社によれば金属特性を向上させるプラズマトーチと不活性チャンバーが装備されている。
●ラムラボ
△RamLabは自社の機械に監視システムを提供している
オランダの RamLab は現在、印刷サービスと MaxQ WAAM 監視および制御システムの提供まで拡大しています。 MaxQ は、既存のパナソニック溶接ロボットと統合して実質的に WAAM マシンに変換するセンサーとソフトウェア スイートで構成されています。 MaxQ は、WAAM、ロボット溶接、修理の生産、品質検査、認証プロセスを自動化します。独自のハードウェアをお持ちでない場合、RamLab は Valk Welding と提携して、MaxQ 用の標準化されたパナソニック溶接システムとカスタム設計されたパナソニック溶接システムの両方を提供しています。
MaxQ システムには、異常検出とアラーム、溶接パラメータ分析 (電流、電圧、速度、ワイヤ送り速度、ガス流量など)、評価と認証のための自動データ ロギングとレポート機能が備わっています。 RamLab では、CAD ファイルと CAM ファイルの作成に Autodesk のソフトウェア製品 PowerShape と PowerMill が使用されています。 PowerShape は WAAM コンポーネントの (再) 設計に使用され、PowerMill はツールパスの計画とシミュレーションに使用されました。 PowerMill を使用して作成されたツールパスは、Web ブラウザを使用して MaxQ アプリケーションに直接アップロードでき、生産を開始できます。
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