Belgisch Instituut voor Lastechniek
Joining your future.

 

COAMWELD: Geavanceerde metalen onderdelen door optimale combinatie van additive manufacturing en lastechnieken - Resultaten

Samenvatting projectresultaten

Het project is onderverdeeld in de volgende werkpakketten:

  1. Analyse en benchmarking van additieve procestechnologieën
  2. Analyse en benchmarking van verbindingstechnologieën  
  3. Technische specificaties voor het generieke onderzoek 
  4. Onderzoek van additief vervaardigde werkstukken
  5. Ontwikkeling van verbindingsconcepten  
  6. Kwaliteitsbeoordeling van de verbindingen  
  7. Demonstratiestukken
  8. Verspreiding van de resultaten

 

1. Analyse en benchmarking van additieve procestechnologieën

In WP1 werden de beschikbare AM-technologieën geëvalueerd en geanalyseerd. In een eerste fase werd op basis van de literatuur en andere bronnen (fabrikanten, persoonlijke contacten, rapporten) een overzicht opgemaakt van de momenteel beschikbare AM technieken. Er werd hierbij ook nagegaan wat de huidige status is van deze AM technieken (het TRL niveau). Een rapport werd hierover opgemaakt (deliverable D1.1) , waarin beschreven staat welke AM processen momenteel industrieel gebruikt worden en welke processen zich nog in de onderzoeksfase bevinden. Deze resultaten werden gebruikt voor het kiezen van de te onderzoeken AM processen in WP2. Er werd specifieke informatie verzameld die het lasonderzoek zal bevorderen. 

2. Analyse en benchmarking van verbindingstechnologieën  

Een soortgelijke taak werd uitgevoerd voor de lasprocessen (WP2). De beschikbare technieken werden geëvalueerd om de potentieel haalbare verbindingstechnieken te identificeren. In eerste instantie is dit gebeurd op basis van de beschikbare kennis en ervaring aanwezig bij het BIL, SLV-MC, SLV-BB en TUM. Er werd overleg gepleegd met de Duitse partners die meer ervaring hebben met laser en friction stir lassen. Er werd een lijst opgesteld van potentieel bruikbare lastechnieken, rekening houdend met de beschikbaarheid en het gebruik van de processen in de industrie. Exotische of weinig gebruikte lasprocessen werden dus niet in aanmerking genomen, maar kunnen aan bod komen voor het uitwerken van de bedrijfsspecifieke projecten. 

3. Technische specificaties voor het generieke onderzoek 

Op basis van deze lijst werd een bevraging georganiseerd bij de begeleidingsgroep in België en Duitsland om de nodige input te verzamelen voor het verder uitwerken van WP2 en 3. Deze bevraging werd gebruikt om alle technische specificaties voor de generieke onderzoeken te detailleren. De vragen die gesteld werden waren:

  • V1: Welke additieve productieprocessen gebruikt u of wenst u te gebruiken? 
  • V2: In welke materialen zijn uw AM werkstukken gemaakt? 
  • V3: Aan welke conventionele materialen moeten de AM-werkstukken worden gelast? 
  • V4: Welke lasprocessen overweegt u? 
  • V5: Wat is de vorm en de afmetingen van het onderdeel? 
  • V6: Wat is de lasconfiguratie? 
  • V7: Wat is de toepassing? 

Op basis hiervan werd een keuze gemaakt van de te onderzoeken AM processen. De volgende AM processen worden in aanmerking genomen in het project:

  • DED-Arc (WAAM)
  • PBF-LB (poederbedproces via laser - SLM)
  • DED-LB (energiedepositie via laserbundel)
  • PMD (Plasma Metal Deposition met poeder of draad),
     

De te onderzoeken AM materialen zijn:

  • Staal: AWS ER 70S-6 koolstof staal,
  • Roestvast staal AISI 316L,
  • HC380LA (micro-gelegeerd staal met hogere sterkte)
  • Aluminium (AA 5183 voor WAAM en AlSi10Mg voor PBF-LB).

Wat betreft de te onderzoeken lasprocessen werd de volgende keuze gemaakt:

  • MIG/MAG (manueel en gerobotiseerd),
  • TIG,
  • plasmalassen,
  • laserlassen,
  • wrijvingslassen,
  • wrijvingsroerlassen (friction stir welding; FSW),
  • weerstand- en wrijvingspuntlassen.

De gekozen booglasprocessen zijn processen die op grote schaal gebruikt worden in de industrie. De bovenstaande keuze sluiten niet uit dat tijdens het verder verloop van het project nog andere processen of materialen onderzocht zullen worden. 

Gebaseerd op de bovenstaande informatie en de beschikbare normen voor het conventioneel lassen van de gespecifieerde materialen werd een onderzoeksplan opgesteld. Hierin wordt gespecifieerd: de lasgeometrie, de vorm en afmetingen van de proefstukken, de uit te voeren beproevingen, en de aanvaardingscriteria. Dit alles werd opgesteld op basis van de geldende normen voor het lassen van conventionele werkstukken.
Voor het uitvoeren van het generiek onderzoek werd aldus gekozen voor 2 lasconfiguraties: stompe verbindingen van buizen en platen. Daarnaast werden er ook een beperkt aantal lasproeven uitgevoerd met overlapverbindingen (processen: weerstand- en wrijvingspuntlassen).

4. Onderzoek van additief vervaardigde werkstukken

In WP4 werden de AM onderdelen vervaardigd, op basis van de processen en materialen gedefinieerd in WP3. Dit werd gerealiseerd op 3 manieren: 

  • Zelf vervaardigde AM werkstukken, gerealiseerd bij de wetenschappelijke partners in België en Duitsland,
  • Aangeleverde AM werkstukken door de begeleidingscommissie. Tijdens de bevraging werd ook de vraag gesteld of bedrijven AM werkstukken konden aanleveren waarmee lasproeven konden uitgevoerd worden. Deze vraag werd ook uitgestuurd door FLAM 3D, die hun leden bevraagd hebben. Deze manier van werken gaf het voordeel dat we aan de slag konden met de werkstukken van de deelnemende bedrijven, waardoor deze ook meer betrokken waren bij het onderzoek. 
  • Aangekochte AM werkstukken: PBF-LB (SLM) stukken werden aangekocht bij een bedrijf uit de (Vlaamse) begeleidingscommissie.

5. Ontwikkeling van verbindingsconcepten  

In WP5 wordt een generiek experimenteel onderzoek uitgevoerd naar de factoren die de gewenste verbindingseigenschappen bepalen. De geselecteerde materialen werden gelast met behulp van de verschillende lasprocessen, teneinde :

  • de haalbaarheid te onderzoeken, 
  • de te behalen verbindingseigenschappen met de verschillende processen te onderzoeken,
  • de mogelijkheden van de verbindingsprocessen te benchmarken.

Het doel is het toepassingsgebied van elk lasproces voor het verbinden van AM-onderdelen te bepalen. 

De volgende materiaalcombinaties werden onderzocht. Voor alle uitgevoerde lassen werden steeds de beproevingen uitgevoerd zoals gespecifieerd in de norm ISO 15614-1 & 2. Dit omvatte een metallografisch onderzoek, samen met hardheidsmetingen, en trek- en plooiproeven.  

Plaatverbindingen van WAAM 308LSi (Testreeks 1 & 2)  

Materiaalcombinaties:

  • AM 308LSi + conv. AISI 304L
  • AM 308LSi + conv. S355

Lasprocessen:

  • Manueel TIG lassen
  • Manueel MAG lassen
  • Gerobotiseerd MAG lassen

Status (Oct. 2023): 

  • Experimenteel onderzoek gefinaliseerd
  • Rapportage is aan de gang 

Materiaalcombinatie: WAAM 308LSi + AISI 304L 

Plaatverbindingen van WAAM ER7Os-6 V2L5 (Testreeks 3)

Materiaalcombinaties:

  • AM ER70 + conv. S355
  • AM ER70 + conv. 316L
  • Conv. 316L + conv. S355

Lasprocessen:

  • Manueel TIG lassen
  • Manueel MAG lassen
  • Gerobotiseerd MAG lassen
  • Gerobotiseerd plasma lassen

Status (Oct. 2023): 

  • Gerobotiseerd MAG en plasma lassen wordt afgewerkt
  • Rapportage is aan de gang

 

Materiaalcombinatie: WAAM ER70S-6 + S355 

Plaatverbindingen van WAAM AA5183 (Testreeks 8)

Materiaalcombinaties:

  • AM 5183 + conv. AA 5083
  • Conv. 5083 + conv. 5083

Lasprocessen:

  • Manueel TIG lassen
  • Manueel MIG lassen

Status (Oct. 2023): 
•    Experimenteel onderzoek gefinaliseerd
•    Rapportage is aan de gang
 

Materiaalcombinatie: WAAM AA 5183 + AA 5083 

Plaatverbindingen van PBF-LB AISI 316L (Testreeks 9)

Materiaalcombinaties:

  • AM 316L + conv. 316L
  • Conv. 316L + conv. S355

Lasprocessen:

  • Manueel TIG lassen
  • Manueel MAG lassen 
  • Gerobotiseerd MAG lassen
  • Gerobotiseerd Plasma lassen
  • Laserlassen

Status (Oct. 2023): 

  • Gerobotiseerd MAG en plasma lassen wordt afgewerkt
  • Rapportage is aan de gang

Publicaties :

 

Materiaalcombinatie: L-PBF 316L + 316L 

Plaatverbindingen van PBF-LB AlSi10Mg (Testreeks 18-24)

Materiaalcombinaties:

  • Conv 5083 + Conv 5083
  • Conv 5083 + PBF-LB AlSi10Mg
  • Conv 5083 + WAAM 5183  

Lasprocessen:

  • Manueel TIG lassen
  • Manueel MIG lassen 
  • Laserlassen 
  • Gerobotiseerd Plasmalassen
  • Friction stir lassen

Status (Oct. 2023): 

  • MIG, TIG en laserlassen afgewerkt
  • Friction stir en plasmalassen wordt afgewerkt
  • Verder onderzoek noodzakelijk voor het verbeteren van de laseigenschappen voor het booglassen van AlSi10Mg
  • Onderzoek naar het verminderen van de porositeiten
  • Rapportage is aan de gang

Publicaties :

 

Materiaalcombinatie: L-PBF AlSi10Mg + AA 5083 

Buisverbindingen van PBF-LB AlSi10Mg (Testreeks 12) 

Materiaalcombinaties:

  • AM AlSi10Mg + conv. 5083
  • Conv. 5083 + conv. 5083

Lasprocessen:

  • TIG manueel,
  • rotationeel wrijvingslassen 

Status (Oct. 2023): 

  • TIG en wrijvingslasproeven afgewerkt
  • Verder onderzoek noodzakelijk voor het verbeteren van de laseigenschappen voor het booglassen van AlSi10Mg
  • Rapportage aan de gang.  

Materiaalcombinatie: L-PBF AlSi10Mg + AA 5083 

Buisverbindingen van PBF-LB HC380LA (Testreeks 13) 

Materiaalcombinaties:

  • AM HC380LA + conv. E355 
  • AM HC380LA + AM HC380LA

Lasprocessen:

  • Manueel TIG lassen 
  • Manueel MAG lassen
  • Laserlassen 
  • Plasma lassen
  • Rotationeel wrijvingslassen

Status (Oct. 2023): 

  • Alle lasproeven afgewerkt, behalve plasma lassen
  • Rapportage aan de gang. 

Materiaalcombinatie: L-PBF HC380LA + L-PBF HC380LA 

Plaatverbindingen van PBF-LB HC380LA (Testreeks 14) 

Materiaalcombinaties:

  • AM HC380LA + AM HC380LA 
  • AM HC380LA + conv. HC380LA

Lasprocessen:

  • Manueel TIG lassen 
  • Manueel MAG lassen
  • Laserlassen 
  • Plasma lassen 

Status (Oct. 2023): 

  • Alle lasproeven afgewerkt, behalve plasma lassen
  • Rapportage aan de gang. 

Publicaties

Materiaalcombinatie: L-PBF HC380LA + Conv. HC380LA 

Plaatverbindingen van PBF-LB 316L (Testreeks 27)

Materiaalcombinaties:

  • Conv. 316L + conv. 316L
  • AM 316L + conv. 316L

Lasprocessen:

  • Gerobotiseerd MAG lassen
  • Laser lassen
  • Gerobotiseerd plasma lassen  

Status (Oct. 2023): 

  • Lasproeven worden binnenkort opgestart
Plaatverbindingen van DED-LB 316L (met draad) (Testreeks 28)

Materiaalcombinaties:

  • Conv. 316L + conv. 316L
  • AM 316L + conv. 316L

Lasprocessen:

  • Gerobotiseerd MAG lassen
  • Laser lassen
  • Gerobotiseerd plasma lassen

Status (Oct. 2023): 

  • Lasproeven worden binnenkort opgestart
Plaatverbindingen van WAAM 316L (Testreeks 29)

Materiaalcombinaties:

  • Conv. 316L + conv. 316L
  • AM 316L + conv. 316L

Lasprocessen:

  • MAG lassen
  • Plasma lassen

Status (Oct. 2023): 

  • Lasproeven worden binnenkort opgestart

6. Kwaliteitsbeoordeling van de verbindingen  

In WP6 worden de verbindingseigenschappen onderzocht met verschillende destructieve en niet-destructieve testmethodes.