VDAB toont geïntegreerde WAAM workflow

De geïntegreerde workflow voor Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) leent zich goed voor metaalbedrijven die de stap naar metaalprinten willen zetten. Bij het VDAB opleidingscentrum in Wondelgem is deze workflow, van CADCAM tot en met CNC-frezen, beschikbaar. Eenvoudig is WAAM niet, maar je kunt wel kwaliteitsvolle werkstukken maken die niet anders gemaakt kunnen worden.

Zet een lasrobot met de juiste software in een zeecontainer en je hebt een mobiele 3D metaalprinter om op boorplatformen on-demand reserve onderdelen te 3D printen. Zo gemakkelijk als jaren geleden werd gedacht over Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) blijkt het toch niet helemaal te zijn. Maar de technologie biedt zeker kansen voor het metaalbedrijf. Dat denken de 100 deelnemers aan het WAAM-event bij de VDAB in Wondelgem ook.

CAD-ONTWERPEN VAN EEN STUK VRAAGT DUS EEN ANDERE BENADERING ALS JE WAAM MANUFACTURING TOEPAST. JE MOET VOOR DE KRIMP COMPENSATIE VOORZIEN

De VDAB (Vlaamse Dienst voor Arbeidsbemiddeling en Beroepsopleiding) bemiddelt niet alleen voor banen, maar leidt in de opleidingscentra ook volwassenen op. Of geeft ze de kans zich te laten omscholen voor kansrijke sectoren. Sinds enige tijd staat in het opleidingscentrum in Wondelgem (bij Gent) een educatieve versie van de WAAM-printer die in het Rotterdamse Ramlab is ontwikkeld. Het verschil met de industriële versie is dat de 2-assige manupilator ontbreekt, legt Jan Wanten van Valk Welding uit. “Zichtbaarheid in het opleidingsaanbod heeft hier prioriteit.” Met het Valk Welding MIS systeem worden de parameters gelogd. De stukken die bij de VDAB worden geprint, programmeert men met hyperMill Additive Manufacturing, het CAM-pakket van Open Minds voor 5-assige freesmachines met de geïntegreerde AM strategieën. De onderdelen worden nabewerkt op een DMU 50 van DMG Mori met gereedschappen van Hoffmann, geprogrammeerd in dezelfde CAM-omgeving als de metaalprinter. Kortom: het opleidingscentrum beschikt dus over de complete workflow om metalen onderdelen te printen met deze DED technologie (Directed Energy Deposition).

Lascompetenties gevraagd

In het Belgisch hoger en universitair onderwijs is er al langer aandacht voor deze metaalprinttechnologie. Hogeschool Thomas More campus de Nayer in Sint Katelijne Waver is er al acht jaar mee bezig, zegt lector Marijn Casteels. Samen met de KU Leuven, eveneens op de campus gevestigd. Marijn Casteels is lector ontwerp- en productietechnologie én coördinator IWT opleiding, een postgraduaat studie voor lasingenieurs. Hij haalt de deelnemers aan het WAAM-event meteen uit een droom: we hebben het hier niet over een plug-and-play technologie. Simulatie vooraf is nodig. “Maar als je dat hebt gedaan, kun je gerust lassen en krijg je een kwaliteitsvol werkstuk.” De laatste jaren is het onderzoek naar WAAM bij Thomas More in een stroomversnelling geraakt, zowel door de komst van een tweede robot als met name door de extra manipulator die kan draaien en zwenken. Hierdoor is geen support nodig en blijft de lastoorts altijd in de optimale positie: onder de hand lassen. “Deze technologie vergt wel meer kennis van de programmeur en meer mogelijkheden van de software”, zegt Casteels. WAAM blijft namelijk een lasproces, zal Wim Verlinde van BIL even later benadrukken. “Het lijkt eenvoudig maar de competentie-eisen zitten met name in het lassen.”

Praktische richtlijnen

Thomas More heeft inmiddels samen met het Belgisch Instituut voor Lastechnologie (BIL) een praktijkhandleiding ontwikkeld, een best practice guide. Hierin is een aantal praktische richtlijnen verwerkt, zoals de keuze van draadaanvoersnelheid, afkoeltijd maar ook de beste strategie. In deze praktijkrichtlijn zijn vijf industriële toepassingen uitgewerkt, inclusief hoe ze na te bewerken. “De moeilijkheid zit namelijk vaak in de nabewerking”, zegt Wim Verlinde van het BIL. En daar moet je in de werkvoorbereiding al rekening mee houden, aldus Marijn Casteels. De warmte die tijdens het lassen in het stuk komt, zorgt voor krimp. “CAD-ontwerpen van een stuk vraagt dus een andere benadering als je WAAM manufacturing toepast. Je moet voor de krimp compensatie voorzien.” De praktijkrichtlijnen moeten bedrijven vooral aan een snelle start helpen als ze de technologie gaan toepassen. De onderzoekers zijn ondertussen al bezig met de volgende stap: variabele wanddiktes printen. Of hoekstukken zonder dat zich spanningen ophopen. Dat laatste is eenvoudig te voorkomen door een afronding te ontwerpen; de variabele wanddikte is moeilijker. “Het kan, maar je moet dit aanpassen in de parameters.”

Hybride: features oplassen

Bij Thomas More is in de voorbije twee jaren de focus verlegd naar de productie van hybride werkstukken: met WAAM features printen op een basis die bijvoorbeeld met plasma is gesneden. Daarnaast is gebruik gemaakt van de draaizwenk manipulator door complexere onderdelen te printen, die 5-assignabewerkt moeten worden. Zo’n draaizwenktafel waarop het werkstuk staat, biedt zeker meerwaarde, vindt Marijn Casteels. Je kunt er bijvoorbeeld 90 gradenbochten mee maken, of een collector die met drie aanvoerkanalen begint laten eindigen in één uitvoerkanaal. “Softwarematig is dat wel een uitdaging, niet alleen in Siemens NX,” merkt de lector hierover op. Beheersing van de lasparameters blijft belangrijk. En dan heeft hij het niet alleen over parameters zoals de stroomsterkte of de lassnelheid. De strategie is eveneens belangrijk, bijvoorbeeld de lasvolgorde. Hoe voorkom je dat er te veel warmte tegelijk in een deel van het werkstuk komt? Bijvoorbeeld bij het printen van een impeller, een van de demo’s, is dit belangrijk om restspanningendoor de warmte te vermijden. Met de nieuwste WAAM-technologie, zo verduidelijkt Jan Wanten van Valk Welding, kan het proces al voor een deel automatisch bewaakt worden. Ook deze functie. Het industriële MaxQ systeem voor de industriële AM-cel van Valk Welding beschikt bijvoorbeeld over een camera om realtime de geometrie te bewaken, over temperatuursensoren die het deponeren van de volgende laag pas vrijgeven als de vorige laag voldoende is afgekoeld. Of camera’s en microfoons om de lasboog te monitoren.

Additief en subtractief

Een van de toepassingen voor WAAM is, zegt Casteels, het optimaliseren van de buy-to-fly ratio, de verhouding tussen uitgangsmateriaal en het gewicht van de uiteindelijke component. Om minder materiaal te verspillen, kan men overwegen near net shape te printen en dan na te bewerken. Maar ook bij andere toepassingen zal eigenlijk altijd nog moeten worden nabewerkt. Daarom traint de VDAB de deelnemers in het CAM-programmeren met hyperMill, het CAM-pakket van Open Minds. Oorspronkelijk ontwikkeld voor 5- assig frezen, is hyperMill nu ook leverbaar met geïntegreerde AM-strategieën. “Een echte hybride CAM-oplossing, je programmeert frees- en AM-strategieën door elkaar in één file. Je houdt één bewerkingsplan over”, aldus Eljakim Blokland van Open Mind Technologies Benelux. hyperMill heeft op basis van een standaard 2D draaistrategie een speciale additive turning strategie ontwikkeld, waarbij de gebruiker de controle houdt over de vectoren. Eventueel kan men hiermee de wanddikte programmeren. Je kunt in de software eveneens eigen pasparameters instellen. Een ander sterk punt van de CAM-software is volgens Eljakim Blokland de plugin van Eureka, waarmee men de geprogrammeerde file eenvoudig kan simuleren met vrijwel elk type robot.

Certificering

Bij het Belgisch lasinstituut komen geregeld vragen over WAAM binnen. De Belgische lasexperts denken dat er nog veel meer met WAAM gedaan kan worden. Zo onderzoekt het BIL samen met partners in hoeverre belaste structuurdelen geprint kunnen worden. Daartoe worden grote blokken geprint in verschillende richtingen om de mechanische eigenschappen te onderzoeken. “Nu moet iedereen de materiaaltesten zelf doen, wij willen dit in een norm onderbrengen om ontwerpen te valideren”, legt Wim Verlinde uit. Samen met Sirris zit het BIL ook in een werkgroep die de nieuwe norm voor drukvaten voorbereidt. En samen met de universiteit UCL wordt een lasdraad van een hoogsterkte aluminium legering ontwikkeld die én lasbaar is én voldoende sterkte biedt voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart. Verder werkt men aan realtime kwaliteitsmonitoring tijdens het WAAMproces. Daarvoor wil men kunstmatige intelligentie inzetten. “We zitten daarmee nog op academisch niveau”, tempert Wim Verlinde de verwachtingen dat dit morgen al beschikbaar zou zijn. Restspanningen en vervormingen zijn eveneens onderwerpen waar nog onderzoek naar plaatsvindt. “Er is nog veel onderzoek nodig, ook fundamenteel onderzoek”, vat Verlinde de boodschap samen.

Maar de technologie is inzetbaar in de productie. Valk Welding heeft bijvoorbeeld al de eerste twee cellen geleverd aan de Franse toeleverancier aan de olie- en gasindustrie Vallourec. De belangstelling vanuit de Vlaamse metaal voor het WAAM event illustreert dat ook kmo’s hun kansen zien.