Fabricage van geavanceerde metalen componenten door een combinatie van additive manufacturing en lassen (COAMWELD)

Additive manufacturing en conventionele productie worden nog steeds vaak gezien als concurrenten, terwijl de combinatie van beide het grootste potentieel kan hebben. De toepassing van de combinatie van additive manufacturing (AM) en verbindingsprocessen wordt steeds vaker gevraagd door bedrijven uit verschillende industriële sectoren, vanwege:

- de noodzaak om AM-onderdelen te verbinden met andere AM-onderdelen of conventionele producten om te voldoen aan de technische, functionele en geometrische eisen van het eindproduct,

- de beperkte maximale afmetingen van de onderdelen die met AM kunnen worden geproduceerd,

- de noodzaak om hybride multi-materiaal AM onderdelen te ontwikkelen, die gebruik maken van de materialen met de gewenste eigenschappen voor elk onderdeel van het product. 

COAMWELD onderzocht en ontwikkelde verbindingsconcepten voor het verbinden van additief vervaardigde onderdelen voor verschillende toepassingen. Het doel is om dergelijke verbindingen te kunnen uitvoeren, ze te parametriseren en de juiste kwaliteitscontroles uit te voeren, zodat de vooraf gedefinieerde vereisten en kwaliteitscriteria (laseigenschappen, geometrie, oppervlak, ...) kunnen worden bereikt.

De combinatie van AM en lassen werd onderzocht, inclusief de interacties tussen de twee en hun gecombineerde effect op de resulterende eigenschappen van de gelaste componenten. Het doel was om procesverbeteringen te realiseren met betrekking tot de kwaliteit van de verbindingen en de eindproducten, de processtabiliteit en de productiviteit.

Er werd aangetoond dat de verbindingstechnologieën in de context van dit onderzoek waardevol, robuust en economisch aantrekkelijk zijn voor het verbinden van AM onderdelen, waardoor de bedrijven hybride AM onderdelen op een snelle en efficiënte manier kunnen produceren.

Het verbinden van AM onderdelen met andere werkstukken maakt het mogelijk om grotere AM onderdelen te maken die voorheen niet mogelijk waren, om de prestaties van bestaande producten te verbeteren of om nieuwe producten te maken. Hierdoor kunnen bedrijven producten maken met meer functionaliteiten of met andere materialen, en dus met een hogere toegevoegde waarde.

De gegenereerde kennis in het project zal de volgende effecten hebben:

- een verhoogd concurrentievermogen van de bedrijven, door de succesvolle en versnelde overgang naar additieve metaalproductie,

- een meetbare verbetering van de productie van AM-werkstukken voor bedrijven die al actief zijn met AM van metalen. De verhouding “first-time-right” producten zal toenemen, productiekosten en materiaalinput zullen verder dalen,

- de juiste technologische keuzes en een kortere leercurve voor bedrijven die overwegen AM te implementeren of te gebruiken in combinatie met lassen,

- een concurrentievoordeel in termen van levertijd of kosten voor bedrijven die AM en lassen inzetten in hun waardeketen, intern of extern in onderaanneming.

COAMWELD verzamelde een breed maar tegelijkertijd hooggekwalificeerd en multidisciplinair consortium bestaande uit 6 Europese partners en het gebruikerscomité; het Belgisch Instituut voor Lastechniek, VIVES Hogeschool, GSI, SLV München, SLV Berlijn en de Technische Universiteit München.

Werkpakket 1: Analyse van additieve manufacturing technologieën 

In dit eerste werkpakket werd een analyse uitgevoerd van de verschillende AM processen die momenteel beschikbaar zijn. Er werd specifiek gekeken naar de eigenschappen van de geproduceerde onderdelen, zoals de sterkte, taaiheid en de interne structuur van het materiaal. Op basis van dit werkpakket werden de momenteel meest gebruikte AM technieken geselecteerd. Deze worden opgelijst in de beschrijving van werkpakket 5.

> De resultaten werden geporteerd in D1.1 en D1.2.

 

Er werd onderzocht welke lasprocessen het meest geschikt zijn om AM-onderdelen te verbinden met conventionele materialen. Hierbij werd gekeken naar zowel traditionele lastechnieken als naar nieuwere technologieën. Zoals vermeld in de projectaanvraag werd voor elke groep van lasprocessen een aantal lasprocessen onderzocht :

> De resultaten van dit werkpakket werden gerapporteerd in D2.1.

In dit werkpakket werden de technische specificaties voor de verbindingen vastgesteld. Er werd bepaald welke materialen gebruikt zullen worden voor de AM-onderdelen en welke afmetingen en vorm deze onderdelen moesten hebben. Daarnaast werden de lasprocessen geselecteerd die tijdens de experimenten gebruikt werden. 

> De resultaten van dit werkpakket werden gerapporteerd in D3.1 en D3.2.

 

In dit werkpakket werden AM-onderdelen geproduceerd voor gebruik in WP5 (generiek onderzoek). Er werd onderzocht hoe verschillende procesparameters de eigenschappen van de geproduceerde onderdelen beïnvloeden. Daarnaast werden er methoden geanalyseerd om eventuele fouten of defecten in de AM onderdelen te herstellen. 

> De resultaten werden gerapporteerd in D4.1 – D4.4.

 

In dit werkpakket de lasbaarheid van de geselecteerde materiaalcombinaties (AM – conventioneel en AM – AM)) experimenteel onderzocht. De lasprocessen bepaald in de vorige werkpakketten werden gebruikt. Hierbij werden de lasparameters gevarieerd om de invloed ervan op de laseigenschappen te bestuderen. Er werd gewerkt met de twee lasconfiguraties hierboven vermeld (plaatvormige en buisvormige stukken). 

Hoewel in de aanvraag 3 materiaalcombinaties werden vooropgesteld voor het generieke onderzoek, werden veel meer combinaties bestudeerd. De belangrijkste reeksen lasexperimenten worden hieronder vermeld.

 

Lasconfiguratie: Plaatvorige proefstukken

Lasprocessen : Manueel TIG en MAG.

Materiaalcombinaties:

 

Reeks 3 : DED-Arc (WAAM) ER7Os-6 V2L5  

Lasconfiguratie: Plaatvorige proefstukken

Lasprocessen : Manueel TIG en MAG, en gerobotiseerd MAG

Materiaalcombinaties:

 

Reeks 8 : DED-Arc (WAAM) AA5183  

Lasconfiguratie: Plaatvorige proefstukken

Lasprocessen : Manueel TIG en MIG

Materiaalcombinaties:

 

Lasconfiguratie: Plaatvorige proefstukken

Lasprocessen : Manueel TIG en MAG, gerobotiseerd MAG

Materiaalcombinaties:

 

Lasconfiguratie: Buisvorige proefstukken

Lasprocessen : Manueel TIG en MAG, rotationeel wrijvingslassen

Materiaalcombinaties:

 

Lasconfiguratie: Plaatvorige proefstukken

Lasprocessen : Manueel TIG en MAG, gerobotiseerd MAG

Materiaalcombinaties:

 

Lasconfiguratie: Buisvorige proefstukken

Lasprocessen : Manueel TIG, rotationeel wrijvingslassen

Materiaalcombinaties:

 

Lasconfiguratie: Plaatvormige proefstukken

Lasprocessen : Manueel TIG, manueel en gerobotiseerd MIG

Materiaalcombinaties:

 

Lasconfiguratie: Plaatvormige proefstukken

Lasprocessen : Manueel TIG, manueel MIG, laser

Materiaalcombinaties:

 

Lasconfiguratie: Plaatvormige proefstukken

Lasprocessen : Wrijvingspuntlassen

Materiaalcombinaties:

 

Lasconfiguratie: Plaatvormige proefstukken

Lasprocessen : Gerobotiseerd MAG, plasma en laser

Materiaalcombinaties:

 

Lasconfiguratie: Plaatvormige proefstukken

Lasprocessen : Gerobotiseerd MAG, plasma en laser

Materiaalcombinaties:

 

Reeks 29 : DED-Arc 316L 

Lasconfiguratie: Plaatvormige proefstukken

Lasprocessen : Gerobotiseerd MAG, plasma en laser

Materiaalcombinaties:

> De resultaten van deze lasproeven worden beschreven in de deliverables van WP5, en in een aantal publicaties.

 

In dit werkpakket werd de kwaliteit van de gemaakte lasverbindingen beoordeeld. Er werden verschillende testmethoden gebruikt om de sterkte en kwaliteit van de lassen te bepalen. Daarnaast werd de interne structuur van de lasverbinding onderzocht om eventuele defecten op te sporen. 

> De resultaten worden beschreven in de deliverable D6.1.

 

In dit werkpakket worden de resultaten van het project gevalideerd aan de hand van praktische toepassingen. Er werden demonstratie werkstukken gemaakt die vergelijkbaar zijn met echte industriële producten. Deze werkstukken werden vervolgens getest om te bepalen of de ontwikkelde lasconcepten ook in de praktijk werken. Er wordt verwezen naar de bedrijfsspecifieke acties voor de concrete resultaten. 

> Verder worden de resultaten gerapporteerd in de deliverables D7.1 en D7.2.

 

In dit werkpakket worden de resultaten van het project verspreid naar een breder publiek. Zie Tabel 3 en Tabel 4 voor de concrete resultaten.

> De resultaten worden ook gerapporteerd in de deliverables D8.1 – D8.4.