Estudo da aplicabilidade de gas tungsten arc welding como fonte de energia para os processos directed energy deposition e powder bed fusion de manufatura aditiva

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dc.contributor.advisorCoelho, Reginaldo Teixeira
dc.contributor.authorMoreira, Alcindo Fernando
dc.contributor.refereeVentrella, Vicente Afonso
dc.contributor.refereeMendonça, Roberto Ramon
dc.contributor.refereeRodrigues, Alessandro Roger
dc.contributor.refereeZilnyk, Kahl Dick
dc.date.accessioned2024-09-06T16:43:46Z
dc.date.available2024-09-06T16:43:46Z
dc.date.issued2024-04-05
dc.description.abstractProcessos de Manufatura Aditiva (MA) estão ganhando visibilidade por produzir peças complexas mais rapidamente e com menor descarte de material. Contudo, o elevado custo dos equipamentos, a limitação dimensional e a baixa eficiência energética de alguns processos são aspectos a serem melhorados. O presente trabalho avaliou a combinação do arco elétrico Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) com processos Powder Bed Fusion (PBF) e Directed Energy Deposition (DED). A escolha de pó metálico como metal de adição foi decorrente da possibilidade de se gerar depósitos de diferentes ligas metálicas com proporções variadas. Neste estudo, pó metálico de aço AISI H-13 foi depositado sobre um substrato a base de aço AISI 1020. Foram gerados depósitos em passes simples, empilhados, lado a lado e multicamadas. Dimensões, geometria, acabamento, repetibilidade, microestrutura e dureza foram analisados. Os resultados obtidos indicaram que, para produção de peças metálicas por MA, o uso de GTAW combinado ao processo DED se mostrou mais adequado que o combinado ao processo PBF devido a menor incidência de “ballings”, menores desvios de arco, melhor uniformidade dimensional e geométrica e, dessa forma, maior previsibilidade para o planejamento de produção. Características relacionadas à microestrutura do depósito tem estreita relação com a diluição e ciclos térmicos que ocorreram durante a produção. Regiões com baixa diluição e sujeitas a uma menor quantidade de ciclos térmicos, como aquelas nas proximidades do topo dos depósitos para passes empilhados obtidos com os aparatos 1 e 2, apresentaram durezas de 679HV e 550HV, respectivamente. Depósitos com elevada diluição e grande quantidade de ciclos térmicos, como é o caso do depósito multicamadas obtido com o aparato 4, o qual apresentou dureza próxima ao topo de 255HV, indicam que a dureza foi afetada pela combinação entre diluição e ciclos térmicos. Por fim, foi identificada a potencialidade para o desenvolvimento de um equipamento híbrido de produção de peças metálicas por MA, onde o uso de GTAW combinado com o processo DED estaria associado a processos subtrativos na mesma célula de fabricação (manufatura híbrida).
dc.description.abstract2Additive Manufacturing (AM) processes are gaining visibility due to factors such as the possibility of producing complex parts faster and with less waste material. However, the high cost of the devices, the dimensional limitation of the parts and the low energy efficiency of some of the current processes for the production of metal parts are still some of the obstacles to be improved. The present study evaluated the combination of the Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) electric arc with Powder Bed Fusion (PBF) and Directed Energy Deposition (DED) process. The choice of metallic powder as feedstock was due to the possibility of generating deposits of varied metallic alloys in different proportions. In this study, metallic powder of AISI H-13 steel was deposited on an AISI 1020 steel substrate. Deposits were generated in single, stacking, side by side and multilayer tracks. Dimensions, geometry, surface finish, repeatability, microstructure and hardness were analyzed. The results indicated that, for the production of metallic parts by AM, the use of the GTAW combined with DED proved to be more suitable than that combined with PBF due the lower incidence of “ballings”, smaller arc deviations, better dimensional and geometrical uniformity, and, thus, greater predictability for production planning. Characteristics related to the microstructure of the deposit are linked with dilution and thermal cycles occurred during production. Regions with low dilution and subject to a smaller number of thermal cycles, such as those close the top of the deposits for stacking tracks obtained with apparatus 1 and 2, presented hardnesses of 679HV and 550HV, respectively. Deposits with high dilution and a large number of thermal cycles, as is the case of the multilayer deposit obtained with apparatus 4, which presented a hardness close to the top of 255HV, indicate that the hardness was affected by the combination of dilution and thermal cycles. Thus, the potential for developing a hybrid equipment for the production of metallic parts by AM was observed, where the use of the GTAW combined with DED should be associated with subtractive processes in the same manufacturing cell (hybrid manufacturing).
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.bibliographicCitationMOREIRA, A. F. Estudo da aplicabilidade de gas tungsten arc welding como fonte de energia para os processos directed energy deposition e powder bed fusion de manufatura aditiva. 2024. 136p. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2024.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ifsp.edu.br/handle/123456789/1067
dc.identifier2.lattes3857218762667367
dc.publisherUniversidade de São Paulo (USP)
dc.publisher.campiSÃO CARLOS
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsCC0 1.0 Universalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
dc.subject.keywordsGTAW
dc.subject.keywordsPBF
dc.subject.keywordsDED
dc.subject.keywordsWAAM
dc.subject.keywordsMA
dc.subject.keywordsManufatura híbrida
dc.titleEstudo da aplicabilidade de gas tungsten arc welding como fonte de energia para os processos directed energy deposition e powder bed fusion de manufatura aditiva
dc.title.alternativeA study on the applicability of gas tungsten arc welding as an energy source for directed energy deposition and powder bed fusion processes in additive manufacturing
dc.typeTeses e Dissertações
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