Alumiinikappaleiden WAAM-Tulostus

Abstract

Tässä työssä käsitellään WAAM-valmistusmenetelmää ja tarkastellaan sen vahvuuksia ja heikkouksia alumiinikappaleiden valmistuksessa. Ainetta lisäävänä valmistusmenetelmänä vahvuuksiin kuuluu suurempi muodonvapaus, mahdollinen raaka-aineiden säästö ja energiatehokkuus verratessa ainetta poistaviin menetelmiin kuten koneistukseen. Muihin metallin ainetta lisääviin menetelmiin verrattuna WAAM erottautuu korkean aineenlisäysnopeuden ja suuriin tulostustilavuuksiin skaalautuvuutensa vuoksi.

Tulostaessa alumiinia haasteeksi ilmenee vedyn aiheuttama huokoisuus, alumiinin itsestään muodostama oksidikerros, menetelmän aiheuttama pylväsmäinen mikrorakenne sekä menetelmän ja korkean lämmönjohtavuuden aiheuttama lämpöhalkeilu ja jäännösjännitykset.

Näiden haittojen lievittämiseksi on olemassa CMT-hitsausmenetelmiä, jotka vähentävät hitsauslämpöä, sekoittavat hitsisulaa ja poistavat passivoinnin aiheuttamaa oksidipinnan tulostuksen aikana. Alumiiniin voidaan sekoittaa seosaineita, jotka vähentävät vedyn liukenevuutta hitsisulaan.

Mekaanisilla käsittelyillä tulostuksen aikana ja lämpökäsittelyillä voidaan vaikuttaa jäännösjännityksiin ja huokoisuuteen, mutta näillä on omat huonot puolensa etenkin väärin käytettynä. Kylmätyöstö asettaa rajoituksia kappaleen muodolle ja lämpökäsittely voi kasvattaa huokoisuutta.

WAAMin vahvuudet tekevät siitä hyvän vaihtoehdon muiden ainetta lisäävien valmistusmenetelmien rinnalla muun muassa kalliiden metalliseosten ja onttoja kohtia sisältävien kappaleiden valmistamisessa. Muun muassa auto- ja lentokoneteollisuus on tutkinut ja joissain tapauksissa päätynyt käyttämään menetelmää osana tuotantoaan.