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Gestión Térmica Activa y Pasiva en la Fabricación Aditiva por Arco de Alambre

Autores: Nagallapati, Vishwanath; Khare, Vivek Kumar; Sharma, Abhay; Simhambhatla, Suryakumar

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico


Categoría

Ciencias de los Materiales

Subcategoría

Materiales estructurales

Palabras clave

Enfoques innovadores
Tensiones residuales
Distorsión
Gestión térmica
Experimentos
Simulación

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 4

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este artículo presenta enfoques innovadores para gestionar las tensiones residuales y la distorsión en la fabricación aditiva (AM) de componentes metálicos (material de la base: EN8; material del alambre de relleno: ER70S-6). Los experimentos se realizan con dos enfoques para la gestión térmica: pasiva y activa. El enfoque pasivo de los experimentos se lleva a cabo variando los parámetros del proceso seleccionados para estudiar su efecto en las tensiones residuales y la distorsión. Los parámetros elegidos son la corriente, la velocidad de la antorcha, la geometría, la deposición continua o con retraso, y el arreglo de enfriamiento. Basado en la comprensión obtenida del enfoque pasivo, se implementó el enfoque activo de gestión térmica aislando el sustrato con y sin corriente adaptativa y calentando el sustrato. Los resultados experimentales se corroboraron con la simulación para entender mejor el proceso. Se realizó un estudio comparativo de dureza basado en el T8/5 extraído de la simulación. Estos experimentos y simulaciones respaldan la gestión térmica pasiva y activa como herramientas efectivas que pueden alterar la distorsión y el patrón de tensiones residuales, así como las propiedades mecánicas de un componente AM. La investigación concluye que los parámetros del proceso que conducen a una mayor entrada de calor en relación con un aumento en la corriente o una disminución en la velocidad aumentan la distorsión. Por otro lado, los parámetros que afectan la tasa de distribución de calor en relación con la velocidad de la antorcha y la geometría afectan las tensiones residuales. Cuando la corriente, la velocidad de desplazamiento y la relación a/b se mantuvieron constantes, la gestión térmica activa con una base calentada redujo la distorsión de 1.226 mm a 0.431 mm, una reducción del 65% en comparación con la gestión térmica pasiva. Además, la tensión residual máxima se redujo de 492.31 MPa a 250.68 MPa, con tensiones residuales disminuyendo de 418.57 MPa a 372 MPa. En general, la gestión térmica activa resultó en una reducción del 63% en la distorsión, bajándola de 1.35 mm a 0.50 mm utilizando calefacción externa. Se espera que los componentes que son difíciles de completar debido a la distorsión en proceso se fabriquen con gestión térmica; por ejemplo, calentar el sustrato es una medida efectiva para gestionar la distorsión en proceso. Las técnicas de gestión térmica dependen de la geometría; por ejemplo, una superficie cóncava, debido al auto-calentamiento, reduce la tasa de enfriamiento y tiene una variación relativamente menor en la dureza.

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