Um método inovativo de monitoramento utilizando um software capaz de gerar mapa 3D com dados do processo de Deposição por Energia Direcionada a laser (L-DED)

Autor(es)

Kandice Suane Barros Ribeiro

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2023-02-07

Membros da banca

Reginaldo Teixeira Coelho; Milton Sergio Fernandes de Lima; Joao Fernando Gomes de Oliveira; Milton Pereira; Maíra Martins da Silva

• Orientador: Reginaldo Teixeira Coelho

Resumo

Na manufatura aditiva de metais, a atividade térmica nas camadas recém-depositadas durante a impressão, e sua influência no material previamente depositado, afetam a geometria e qualidade da peça. Assim, o objetivo desta pesquisa é desenvolver uma metodologia para monitorar a potência do laser, a velocidade de avanço e a poça de fusão para avaliar a deposição de camadas com boa qualidade na impressão de peças metálicas. Esta nova metodologia combina a aquisição de dados de uma máquina híbrida de L-DED com um cabeçote de deposição e diâmetro do feixe de laser de 2 mm no ponto focal. Para o monitoramento, alguns softwares foram desenvolvidos (DTConnect, MPIG, MPIP, DTMap2D e DTMap3D) e testados em quatro geometrias: linha em ziguezague e parede fina (2D); uma pirâmide e um molde de pirâmide (3D). As geometrias 3D foram impressas em quatro configurações de laser (500 W, 550 – 450 W, 700 W e 800 – 700 W), velocidade de avanço constante em 600 mm/min e taxa de alimentação de pó de 8, 3 g/min, nas estratégias de deposição contorno e ziguezague. Esses parâmetros foram definidos visando promover um conjunto que apresenta defeitos e outro com microestrutura uniforme. A pirâmide construída com 550 – 450 W em estratégia de ziguezague apresentou o maior percentual de porosidade, estimado em 2, 76%, enquanto o conjunto impresso com 500 W produziu o menor (1,36%). No geral, as geometrias 3D impressas com 500 W apresentaram defeitos como falta de fusão, má diluição no substrato e porosidade. A percentagem de porosidade diminuiu consideravelmente (> 5 vezes) com o aumento da potência do laser para 700 W e 800 – 700 W, o que melhorou a qualidade e homogeneidade em ambas as geometrias, mitigando os defeitos mencionados. Cada um dos softwares desenvolvidos desempenhou um papel importante desde a aquisição e processamento dos dados, até a sua representação gráfica. Considerando todas as condições testadas, ambos DTMap2D e DTMap3D foram capazes de exibir as variáveis do processo de DED em um mapa de cores interativo, facilitando a identificação espacial de pequenas alterações nos conjuntos de dados. Essas características tornam o DTMap3D uma ferramenta com potencial para identificar regiões críticas da peça. Este estudo contribui para a manufatura aditiva de metais ao propor uma metodologia de monitoramento com novas ferramentas, que facilitam a correlação entre os parâmetros de deposição e a qualidade da peça de metal construída. (AU)

• Processo FAPESP: 19/00343-1 - Controle do processo de directed energy deposition para fabricação de componentes de Geometria complexa por Manufatura Aditiva (MA)
• Beneficiário: Kandice Suane Barros Ribeiro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado