Pulse deposition method for wire and arc additive manufacturing

Abstract

UK: Purpose. To reduce the waviness of the side surfaces of wire and arc additive manufactured parts. Research methods. Two groups of deposited specimens were used. The waviness of the side surfaces was measured from digital images of the cross sections of the specimens. The images were obtained by optical digital scanning. To establish a functional relationship between the geometric parameters of the beads and the main deposition parameters, regression and analysis of variance were performed on the measured data. Results. It was found that different combinations of the main process parameters resulted in a surface waviness of 1.21 ± 0.23 mm. Based on the results obtained, a pulse deposition method was developed. The implementation of regular pauses reduced the heat input and the time spent by the material in the molten state, which limited its distribution. The proposed method resulted in a significantly lower waviness of 0.47±0.08 mm and a significant improvement in the stability of the resulting surface irregularity. Scientific novelty. It has been shown for the first time that the waviness of the side surfaces in wire and arc additive manufacturing does not depend on the main deposition parameters, but is related to the nature of the arc-based deposition process. The developed method of pulsed deposition limits the time the metal remains in the molten state, which reduces the waviness of the surfaces by up to 60% and improves the stability of the geometry by three times, reducing the standard deviation to 0.08 mm. Practical value. Pulsed deposition improves the predictability of the printed geometry by improving the accuracy and quality of the side surfaces. This reduces the required machining allowance, speeds up production, and reduces material waste. In some cases, the predictability of the geometry makes it possible to eliminate post-processing. EN: Мета роботи. Зменшення хвилястості бокових поверхонь деталей, які виготовляються методом адитивного виробництва на основі електродугового зварювання. Методи дослідження. Використано дві групи зразків, виготовлених методом адитивного виробництва на основі електродугового зварювання. Хвилястість бокових поверхонь вимірювалась на основі цифрових зображень поперечних перерізів зразків. Зображення отримано шляхом оптично-цифрового сканування. Для встановлення функціонального зв’язку між геометричними параметрами валиків і технологічними параметрами процесу виконувався регресійний та дисперсійний аналізи виміряних даних. Отримані результати. Визначено, що різні комбінації основних технологічних параметрів забезпечують хвилястість поверхонь 1,21 ±0,23 мм. Виходячи з отриманих результатів було розроблено метод імпульсного нанесення матеріалу. Впровадження періодичних переривань дозволило зменшити тепловнесення і час перебування матеріалу в розплавленому стані, що обмежило його розтікання. Запропонований метод забезпечив значно меншу хвилястість 0,47±0,08 мм і значне покращення стабільності утворюваної нерівномірності поверхонь. Наукова новизна. Вперше показано, що хвилястість бокових поверхонь при адитивному виробництві на основі електродугового зварювання не залежить від основних технологічних параметрів вирощування, а пов’язана саме з природою процесу нанесення розплавленого металу в цьому методі. Розроблений метод імпульсного нанесення матеріалу обмежує час перебування металу в розплавленому стані, чим досягається зменшення хвилястості поверхонь на величину до 60 % і покращення стабільності геометрії в три рази, за рахунок зменшення стандартного відхилення до 0,08 мм. Практична цінність. Імпульсний метод формоутворення покращує передбачуваність вирощуваної геометрії за рахунок покращення точності та якості бокових поверхонь. Це дозволяє зменшити величину припуску на обробку і пришвидшити виробництво, а також скоротити відходи. В окремих випадках передбачуваність геометрії дозволяє відмовитись від пост-обробки.