Resumo
A manufatura aditiva por deposição a arco é um processo emergente que tem despertado crescente interesse na indústria e na academia devido à sua capacidade de fabricar peças complexas com baixo desperdício de material e alta flexibilidade industrial. Além disso, permite a produção de peças personalizadas com um ou mais materiais, resultando em componentes com características específicas de acordo com a demanda funcional, uma técnica conhecida como Functionally Graded Materials (FGM). No entanto, para que as peças fabricadas sejam funcionalmente aplicáveis em ambientes industriais, é necessário superar diversas barreiras tecnológicas e científicas. Nesse contexto, processos
de soldagem sofisticados são comumente empregados, sendo o GMAW, especialmente sua variante com alimentação dinâmica CMT (Cold Metal Transfer), o mais utilizado. Apesar da sofisticação dos processos empregados, muitos desafios permanecem. Um dos principais obstáculos da manufatura aditiva por deposição a arco é a relação CAD to Part, ou seja, a fidelidade entre o modelo digital (CAD) e a peça final produzida. Para assegurar essa correspondência, os parâmetros de soldagem precisam ser alinhados à trajetória de deposição, controlando incrementos verticais e horizontais, velocidade de deslocamento e outros parâmetros relacionados, de forma a corresponder às dimensões do cordão de solda, que é o resultado direto do processo. Este trabalho tem como objetivo explorar a relação CAD to Part, destacando os principais desafios e possíveis soluções para a produção de peças utilizando arame de aço carbono e o processo CMT. Para isso, foi desenvolvida uma metodologia voltada à mitigação dos problemas relacionados, com foco no mapeamento e entendimento do comportamento geométrico dos cordões de solda em suas sobreposições verticais, horizontais e interseções. Com isso, foi possível criar um banco de dados de parâmetros do material e do processo utilizado, que permite, por meio de uma máquina de inferência, prever os parâmetros necessários para a trajetória de deposição (incremento vertical, incremento horizontal e diretrizes operacionais), a fim de garantir a relação CAD to Part. Os resultados indicaram que o método desenvolvido possibilita a correta predição da trajetória, ou seja, dos incrementos. A partir desse algoritmo, foram fabricadas diferentes peças, as quais apresentaram geometria adequada, livres de defeitos e com baixo desvio padrão em relação ao modelo CAD.
Palavras-chave: Wire-arc direct energy deposition (WA-DED), Manufatura Aditiva por Deposição a Arco (MADA), automação, Soldagem MIG/MAG, Sistema especialista.
Abstract
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is an emerging process that has been gaining increasing interest in both industry and academia due to its ability to fabricate complex parts with minimal material waste and high industrial flexibility. Additionally, it allows for the production of customized parts using one or more materials, resulting in components with specific characteristics tailored to functional demands—a technique known as Functionally Graded Materials (FGM). However, for the manufactured parts to be functionally applicable in industrial environments, various technological and scientific barriers must be overcome. In this context, sophisticated welding processes are commonly
employed, with GMAW, particularly its dynamic wire-feed variant, CMT (Cold Metal Transfer), being the most widely used. Despite the sophistication of the processes employed, many challenges remain. One of the main obstacles in Wire Arc Additive Manufacturing lies in the CAD to Part relationship, that is, ensuring the fidelity between the digital model (CAD) and the final produced part. To achieve this correspondence, welding parameters must be aligned with the deposition path by controlling vertical and horizontal increments, travel speed, and other path-related parameters to ensure they correspond to the weld bead dimensions, which are a direct result of the welding process. This work aims to
explore the CAD to Part relationship, highlighting the main challenges and potential solutions for producing parts using carbon steel wire and the CMT process. To this end, a methodology was developed to address the related issues, focusing on mapping and understanding the geometric behavior of weld beads in their vertical, horizontal, and intersectional overlaps. This approach enabled the creation of a parameter database for the material and process employed, which, through an inference machine, predicts the necessary parameters for the deposition path (vertical increment, horizontal increment, and operational guidelines) to maintain the CAD to Part relationship. The results indicated that the developed method allows for accurate trajectory prediction, i.e., the increments. Using this algorithm, parts were fabricated, presenting appropriate geometry, free of defects, and with low standard deviation relative to the CAD model.
Keywords: Wire-arc direct energy deposition (WA-DED), Wire Arc Deposition-Based Additive Manufacturing, automation, MIG/MAG Welding, Expert system.
Referência:
GALEAZZI, D.; SILVA, R. H. G.; SCHWEDERSKY, M. B.. Manufatura aditiva por deposição a arco: desafios e soluções no controle da relação CAD to part. COBEF 2025 - 13º Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação, 7 a 9 de maio de 2025, Salvador, BA, Brasil