Optimización de la orientación de la pieza para el proceso de fabricación aditiva de alambre y arco para convexo y no
HogarHogar > Noticias > Optimización de la orientación de la pieza para el proceso de fabricación aditiva de alambre y arco para convexo y no

Optimización de la orientación de la pieza para el proceso de fabricación aditiva de alambre y arco para convexo y no

Jan 21, 2024

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 2203 (2023) Citar este artículo

1009 Accesos

1 Altmetric

Detalles de métricas

La optimización de la orientación del edificio para el proceso de fabricación aditiva (AM) es un paso crucial porque tiene un efecto vital en la precisión y el rendimiento de la pieza creada. El espacio de trabajo de Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) es menos limitado y el tiempo de producción es significativamente más corto que el de otras impresoras 3D de metal. Sin embargo, uno de los efectos adversos de WAAM es el defecto en los puntos inicial y final de los cordones de soldadura. En este artículo, se ha inventado un algoritmo para definir la posición de impresión óptima, reduciendo el número de estos defectos girando el objeto 3D en un bucle alrededor de los ejes X e Y en un pequeño grado constante y luego seleccionando el grado de rotación que tiene. la menor cantidad de superficies ininterrumpidas y el área más grande de la primera capa. El proceso de soldadura será interrumpido lo menos posible por la antorcha si hay la menor cantidad posible de superficies ininterrumpidas. Como resultado, habrá menos defectos en la producción y acabado de los cordones de soldadura. Para tener una superficie de conexión suficiente con la bandeja de construcción, que ayudará a mantener la pieza de trabajo en su lugar, también se debe buscar la primera capa más grande. Por lo tanto, se ha descubierto que una orientación correctamente definida en relación con la bandeja de construcción puede reducir el número de superficies ininterrumpidas dentro de las capas, lo que mejorará la precisión dimensional esperada de las piezas. La eficiencia del proceso se ve muy afectada por la forma de la pieza, pero en la mayoría de los casos, los errores de impresión se pueden minimizar drásticamente.

En los últimos años, a medida que la fabricación aditiva (FA) se convirtió en un tema popular entre la industria y los investigadores académicos, se han lanzado muchas direcciones de desarrollo desde diferentes disciplinas. Los ingenieros de fabricación y los diseñadores de máquinas desarrollan nuevas soluciones para la producción aditiva capa por capa. Según la necesidad específica, como el mínimo tiempo de producción, volumen y precisión1,2,3,4, crean subtipos de procesos como Selective Laser Sintering (SLS) para crear piezas metálicas de alta precisión, Fused Deposition Modeling (FDM) para crear productos de plástico baratos y fabricación aditiva por arco de alambre (WAAM) que tiene una gran ventaja en la producción de estructuras de gran tamaño. Simultáneamente, los científicos de materiales crearon una amplia gama de materias primas que se pueden utilizar para la fabricación3,5. Como resultado, se pueden encontrar en el mercado impresoras de hormigón robustas, máquinas capaces de trabajar con materias primas conductoras o incluso tejidos biológicos. Los diseñadores desarrollan sus métodos de optimización de la forma utilizando la libertad de las geometrías impresas en 3D, respetando el comportamiento mecánico anisotrópico no homogéneo y otros aspectos que surgen de las estructuras en capas6,7. Además, dado que la FA cumple perfectamente con los requisitos de la Industria 4.0, varias investigaciones se centran en la creación de sistemas de fabricación inteligentes, la incorporación de dispositivos IoT y la mejora del uso de los sistemas CAD-CAM8,9,10,11,12,13,14.

El factor más importante para cada disciplina mencionada anteriormente es comprender las condiciones y los límites de las tecnologías. A diferencia de los métodos sustractivos tradicionales, los métodos aditivos tienen características tecnológicas diferentes. Una de las tareas principales para producir una pieza AM es encontrar la orientación de impresión perfecta. Con esta configuración, se pueden eliminar muchos problemas de tecnología de fabricación y las propiedades del producto final se pueden determinar en gran medida con ella. Shim et al.15 Investigaron la precisión de impresión, las propiedades mecánicas y las características de la superficie de las piezas impresas en diferentes orientaciones y encontraron los ajustes óptimos de la siguiente manera: con un espesor de capa de 100 m, imprimieron las piezas en 3 orientaciones de impresión diferentes ( 0, 45 y 90 grados). Según su análisis de los resultados de las piezas impresas finales, las muestras impresas a 0 grados tenían la mayor resistencia a la flexión, seguidas de las muestras impresas a 45 y 90 grados. Las muestras impresas a 45 y 90 grados mostraron las tasas de error más bajas para la longitud, y las muestras impresas a 0 grados tuvieron las tasas de error más altas para el grosor. Alharabi et al.16 examinaron el efecto de la orientación de la impresión y, en consecuencia, la dirección de las capas bajo prueba de compresión. Descubrieron que si las capas son perpendiculares a la dirección de la carga, tienen una mayor resistencia a la compresión que las paralelas. La rugosidad de la superficie en función de la dirección de construcción fue investigada por Li et al.17. Llegaron a la conclusión de que esta propiedad se ve afectada principalmente por el ángulo de construcción en lugar del método AM, y la mejor rugosidad de la superficie se puede lograr en las caras que se imprimen paralelas o perpendiculares con respecto a la plataforma de construcción. Pandey et al.18,19 trabajaron para minimizar estos efectos mediante la creación de un sistema que predice matemáticamente la rugosidad de la superficie utilizando el algoritmo genético multicriterio y ofrece la mejor orientación de impresión para el modelado de deposición fundida (FDM), el beneficio de esta solución es que obtuvieron la orientación óptima de la rugosidad de la superficie; sin embargo, no consideraron todos los factores limitantes del proceso de impresión y fabricación 3D. Además, los modelos de aprendizaje automático (ML) son una nueva tendencia de modelado en AM. Fundamentalmente, los modelos de ML funcionan con el principio de reducir iterativamente el error esperado usando datos. Han demostrado ser herramientas predictivas fiables. Xia et al.19 modelaron y pronosticaron la rugosidad de la superficie del metal producido por la fabricación aditiva de arco de alambre utilizando métodos de aprendizaje automático. Phatak y Pande20 también crearon una solución de optimización utilizando un algoritmo genético para minimizar el tiempo de mecanizado y los errores de superficie. El algoritmo genérico fue utilizado en el estudio realizado por Masood et al.21, para encontrar la mejor orientación para piezas de formas complejas. Con su sistema desarrollado, pudieron determinar la mejor orientación donde el error volumétrico general es mínimo. Padhye et al.22 utilizaron la optimización multiobjetivo y la toma de decisiones multicriterio para determinar el óptimo teniendo en cuenta dos factores, el tiempo de impresión y la rugosidad de la superficie. Su trabajo señala que la toma de decisiones se vuelve más complicada cuando la orientación debe ser satisfecha por varios aspectos al mismo tiempo. Además, Morgan et al.23 desarrollaron software específicamente para minimizar los requisitos de soporte para la fabricación aditiva de metal. Por lo tanto, con base en la investigación de estos artículos, se puede decir que una configuración aparentemente insignificante, como la orientación, puede tener un impacto significativo en la calidad de la producción de varias maneras, como acelerar el proceso de impresión, reducir la rugosidad de la superficie, o mejorar las propiedades mecánicas.

Una de las nuevas técnicas de FA es la fabricación aditiva de alambre y arco (WAAM), que responde al problema de la mayoría de las soluciones de FA proporcionando un tiempo de fabricación bastante rápido y permitiendo la creación de piezas metálicas de gran volumen24. Sin embargo, la figura 1 ilustra un problema de formación de forma que ocurre al principio y al final del proceso de soldadura. Este artículo demostró cómo al elegir los parámetros de impresión apropiados, este problema podría resolverse.

Problema de formación de forma del proceso de soldadura.

Locket et al.25 concluyeron los criterios a seguir. Según ellos, las pautas son: alma central en un plano parcial de simetría, paredes exteriores e interiores planas, y el plano de simetría o simetría parcial. Estos son los aspectos fundamentales, pero algunas imperfecciones resultantes del proceso de soldadura permanecen incluso diseñando la pieza de acuerdo con ellos. En la mayoría de los trabajos de investigación relacionados26,27 se puede observar una diferencia notable en la geometría de las perlas. Debido a la formación del arco, los puntos inicial y final de los cordones tienen un volumen local ligeramente mayor o menor que las áreas entre los extremos. Otra peculiaridad destacable es la anisotropía en el interior de la pieza impresa28. A medida que el proceso aditivo crea la parte en capas, se pueden observar alternativamente regiones duras y blandas en el número de capas, respectivamente. Ambos efectos adversos pueden reducirse mediante una selección adecuada de la orientación de la impresión. Por lo tanto, en este artículo, se presenta un método de optimización de piezas, que tiene como objetivo minimizar las imperfecciones de impresión de las piezas creadas por Wire and arc Additive Manufacturing (WAAM). Además, el algoritmo presentado se puede utilizar para cualquier otro método basado en deposición, pero el problema presentado y su solución son más pronunciados con las tecnologías WAAM. Se ha creado un código MATLAB y se ha llevado a cabo una comprobación de sensibilidad de parámetros para investigar el rendimiento de la solución presentada.

El WAAM es una solución de impresión 3D que adolece de debilidad para inicializar y terminar un solo cordón de soldadura. Al principio, la antorcha de soldadura se acerca a la capa de la placa de construcción (o la anterior) hasta que el material de alimentación llega a la superficie cuando se crea el arco y comienza la operación de soldadura. El proceso después de esto es similar a las otras tecnologías AM basadas en extrusión. Las capas se crean "dibujando" las capas por la "línea" de soldadura. Debido a las respuestas retardadas del instrumento de soldadura, que crea las condiciones eléctricas necesarias para la soldadura, y del robot que se encarga de mover la antorcha, el primer segmento y el final de los cordones siempre muestran algunas imperfecciones. Por lo tanto, en estos lugares, se pueden observar imprecisiones geométricas y errores de superficie. Esta imprecisión se puede observar en las piezas creadas por otra tecnología de impresión 3D basada en deposición, donde se debe "dibujar" una capa. Además, si este defecto geométrico se encuentra en la misma ubicación en varios reproductores, puede generar un error de empaquetado y estropear toda la impresión. Además, la estructura en capas muestra un comportamiento anisotrópico, que es más considerable a lo largo de la dirección de construcción, es decir, entre dos capas. Ambos problemas se pueden resolver con soluciones de soldadura especiales, como el relleno de cráteres o el desplazamiento de los puntos inicial y final. Sin embargo, siempre habrá alguna precisión dimensional e imperfecciones microestructurales. Como no se puede eliminar por completo, la directriz secundaria sería minimizar el número de errores locales. Por lo tanto, la continuidad de la soldadura debe garantizarse tanto como sea posible creando una soldadura larga en la capa impresa en lugar de muchas secciones más pequeñas. Para geometrías simples, se puede hacer siguiendo una trayectoria en espiral, una curva de Hilbert o rellenando la capa con un camino en zig-zag. Donde para componentes más complejos, debido a las superficies interrumpidas, no siempre es posible. En general, aumentando el área superficial de cada capa así como reduciendo el número de capas, la necesidad de inicializar una nueva perla puede reducirse significativamente.

Los sistemas AM se basan en una trayectoria generada a través de un software de corte, donde se debe importar la geometría del modelo y se deben configurar los parámetros de impresión. La geometría del modelo generalmente se crea en un software de diseño asistido por computadora (CAD) o se mapea a partir de un escaneo 3D como ingeniería inversa. En ambos casos, el formato de archivo debe ser un archivo STL (Standard Triangle Language), que se utiliza para la mayoría de las soluciones de impresión 3D29. Este formato proporciona el modelo de superficie de la geometría virtual al dividir la superficie de un cuerpo en muchos triángulos interconectados. El archivo generado incluye el vértice de cada triángulo, como se ve en la Fig. 2, y posteriormente se puede editar fácilmente.

Representación STL de cubo con filetes en los bordes.

Para encontrar la mejor orientación para una pieza, que cumpla con los criterios detallados anteriormente, el modelo de la pieza debe girarse en el espacio. Aquí se utilizó la conocida transformación de Euler30. Con esto, la orientación de cualquier cuerpo rígido se puede describir al sistema de coordenadas fijo inicial de Descartes. El proceso consta de tres rotaciones elementales consecutivas según los ángulos propios de Euler (z–x–z, x–y–x, y–z–y, z–y–z, x–z–x, y–x–y ) o los ángulos de Tait-Bryan (x–y–z, y–z–x, z–x–y, x–z–y, z–y–x, y–x–z). Dado que la posición angular normal a la placa de construcción no afecta en este caso, la rotación a lo largo de este eje, es decir, el eje Z en este estudio, es irrelevante. Por lo tanto, solo se requieren dos rotaciones (x–y o y–x). La representación de la transformación de Euler en una dirección positiva, respectivamente en el orden x–y, se puede ver en la Fig. 3. Se puede ver que después de la primera rotación alrededor del eje X, la dirección de las nuevas direcciones Y' y Z' ha cambiado. ha cambiado en un ángulo α en comparación con los originales (Y y Z). Mientras tanto, la dirección X' permaneció igual (X). Después de la segunda rotación, esta vez alrededor del eje Y' del sistema de coordenadas creado anteriormente, la dirección de X'' y Z'' ha cambiado por el ángulo β, mientras que Y'' permanece igual (Y'). Se puede concluir que de esta manera cada orientación de impresión se puede comprobar con una resolución de ángulo dada.

Transformación de Euler.

La matriz de rotación resultante es la siguiente (1,2):

La posición de cada instancia investigada se puede expresar con un solo vector utilizando esta transformación, y los vértices del archivo STL se pueden modificar en consecuencia. El siguiente paso es determinar el mejor vector de rotación que se ajuste a todas las condiciones mencionadas en la sección "Problema inicial de WAAM". Como resultado, la geometría de la pieza debe cortarse en cada posición rotada para obtener los límites de la capa. Sin embargo, para determinar la distancia entre las capas, el grosor de la capa debe establecerse en función de lo que pueda producir la tecnología de fabricación. Los cortes se pueden interpretar a partir de las intersecciones de la superficie del objeto y el plano que se puede formar a partir del desplazamiento del plano X-Y a la altura de la capa investigada.

La diferencia entre el concepto de superficies ininterrumpidas individuales y el número de capas se puede ver en la Fig. 4. Como se destaca, dependiendo de la complejidad de la geometría, puede haber varios elementos de superficie separados dentro de una capa. Sin embargo, esta articulación puede verse afectada por la orientación de la impresión, es decir, cómo cada capa corta la pieza.

Representación del significado "superficies ininterrumpidas" en las capas.

En el método propuesto, el objeto 3D gira en un bucle alrededor de los ejes X e Y en un pequeño grado constante hasta que alcanza los 180 grados en ambos ejes. En cada rotación, el número de superficies ininterrumpidas y el área de la primera capa se calculan y almacenan junto con los grados de los ejes X e Y considerados.

Calcular el área de las capas es un gran desafío, especialmente en el caso de formas no convexas. Para abordar este problema, propusimos la siguiente técnica precisa: comienza leyendo el archivo stl binario y luego creando triángulos, que luego se cortan en capas con alturas predefinidas para proporcionar una lista de coordenadas. Para comenzar, primero debemos ubicar los triángulos que intersecan el plano de corte. Luego, utilizando un algoritmo de búsqueda en profundidad de gráfico (DFS), calcula las líneas generadas en la cara del triángulo por la intersección y crea una ruta continua que conecta las líneas. La figura 5 muestra un corte y algunas de sus coordenadas. De hecho, cada corte es un polígono definido por vértices 2-D. El área de superficie de un polígono 2-D está definida por los vértices en los vectores x e y.

Muestra de capa con algunos de sus vértices 2-D.

La diferencia entre las dos ubicaciones del mismo objeto 3D se muestra en la Fig. 6a,b; el objeto está acostado horizontalmente sobre la cama en el primer escenario. El objeto se cortó con una altura de corte de 10 en ese punto, lo que resultó en 8 capas sin superficies interrumpidas. El objeto se ha girado 90 grados alrededor del eje Y en el otro escenario y se ha rebanado con la misma configuración, lo que da como resultado 39 capas con 68 superficies ininterrumpidas.

Representación de cortes de un objeto 3D (a) colocado y (b) en posición vertical.

Finalmente, se selecciona el grado de rotación que tiene el menor número de superficies ininterrumpidas y la mayor área de la primera capa. El menor número de superficies ininterrumpidas significa que la antorcha debe interrumpir el proceso de soldadura lo menos posible, por lo que se puede minimizar el número de defectos en la formación y finalización de los cordones de soldadura. Además, es necesaria la correcta adherencia de la primera capa para evitar la deformación de la pieza durante el proceso de impresión o la propia rotura de la pieza. Por lo tanto, se debe buscar que la primera capa más grande tenga una superficie de conexión lo suficientemente grande con la bandeja de construcción, lo que ayudará a mantener la pieza de trabajo en su lugar. El algoritmo propuesto es de acuerdo a la Tabla 1.

La práctica común de ingeniería es construir una pieza como una combinación de primitivas de forma representativas, como esferas, bloques, cubos, cilindros, toros, etc. Por lo tanto, como investigación inicial de la función del software, las primitivas de forma, que se muestran en la Fig. 7, fueron probados. Para crear estas formas se ha utilizado Autodesk Inventor Professional 2018, y los archivos se han guardado en formato .stl, que fue leído por el algoritmo de Matlab.

Formas convexas (a) prisma de base cuadrada y (b) esfera.

Estas formas (Fig. 7) son todas convexas, lo que significa que cada línea dentro de la forma se puede conectar, mientras que esta línea permanecerá dentro de la forma. Sin embargo, en algunos casos, en piezas más complejas, alguna capa cortada contendrá varias superficies no conectadas. Por lo tanto, el algoritmo también puede manejar las formas no convexas (Fig. 8).

Formas no convexas (a) en forma de U y (b) esfera especial.

El algoritmo desarrollado se aplicó a las cuatro formas presentadas en la sección anterior. La orientación inicial se presenta en las Figs. 7 y 8, y los ángulos correspondientes son con respecto a estos sistemas de coordenadas. Las formas convexas (prisma cúbico y esfera) se pueden considerar como una operación de prueba, ya que se puede predecir el resultado sin usar el código Matlab creado. Se encontró que las posiciones múltiples son las mejores orientaciones de construcción para el prisma, con la menor cantidad de superficies ininterrumpidas, como se indica en la Tabla 2, donde α y β son ángulos de rotación alrededor de los ejes X e Y. Solo se muestra en la tabla el número más bajo de superficies ininterrumpidas; las otras rotaciones resultaron en un mayor número de superficies ininterrumpidas. La geometría, en este caso tiene 3 planos de simetría. Por lo tanto, cada posición rotada tiene 6 equivalentes.

La esfera tiene un plano de simetría infinito. La Tabla 3 muestra el resultado obtenido, que fue el mismo en todas las orientaciones imaginables, lo que indica que el número de superficies totales es el mismo independientemente de la orientación, lo que implica que no se puede descubrir una orientación óptima. Estas dos formas simples (prisma y esfera) se pueden considerar como elementos de prueba del algoritmo, ya que el usuario también puede estimar fácilmente el número de capas y superficies asociadas con cada orientación en cada capa.

Para las formas no convexas, primero se investigó la forma de U. A partir de los resultados proporcionados en la Tabla 4, se puede ver que la rotación alrededor de los ejes X e Y aumenta el número de superficies que se deben crear durante el proceso de impresión. Se pueden encontrar cuatro orientaciones óptimas para esta geometría, que son similares entre sí, como en el caso del prisma. Sin embargo, entre estos solo dos cumplen la condición de optimización secundaria, explicada más adelante en esta sección.

Por último, se ha comprobado la esfera especial truncada. Esta es una parte representativa, que sería significativamente costosa de fabricar con el mecanizado sustractivo tradicional, por lo tanto, es suficientemente representativa de las capacidades del proceso WAAM. Debido a las características geométricas más complejas que componen el cuerpo, sería todo un desafío establecer la posición de impresión correcta basándose únicamente en la decisión del usuario. Los resultados dieron solo una orientación óptima como se presenta en la Tabla 5, que cumple la condición principal.

En cuanto a la condición de optimización secundaria, se ha investigado el área de las primeras capas. Los resultados para las cuatro formas se presentan en las Figs. 9, 10, 11, 12.

Área de la primera capa (Prisma).

Área de la primera capa (Esfera).

Área de la primera capa (forma de U).

Área de la primera capa (esfera especial).

En las Figs. 9, 10, 11, 12, se puede ver que en el caso de tres de cuatro formas se crearon algunos patrones. Dado que toda geometría excepto la esfera especial tiene uno o más planos de simetría, la misma área se puede medir en diferentes orientaciones rotadas, ya que significan la misma orientación desde el punto de vista de la investigación.

Como era de esperar, para el prisma, las 6 mejores orientaciones según la condición de optimización primaria se encuentran con las 6 áreas más grandes de la primera capa. Por lo tanto, se puede afirmar que estas posiciones son igualmente las mejores posibles, ya que son idénticas para el estudio.

En el caso de la forma de esfera, en teoría, no debería haber ninguna diferencia con respecto a la primera capa. Sin embargo, debido a la resolución del archivo STL, en algunas posiciones el hilo envolvente puede ubicarse normal a la dirección de impresión, lo que da como resultado un área de capa ligeramente más grande. La magnitud de la desviación no es significativa y, dado que en realidad una esfera perfecta se conectaría a la bandeja de construcción solo en un punto, el valor del área de la primera capa puede despreciarse. Aquí, vale la pena mencionar que, después del proceso de soldadura, la pieza debe mecanizarse de la bandeja de construcción mediante alguna tecnología de astillado, por lo que para garantizar la seguridad del producto fabricado, se debe colocar una estructura similar a un soporte entre la pieza y el bandeja. El concepto del área máxima de la primera capa para la optimización solo tiene como objetivo proporcionar una guía adicional para el diseñador. La importancia de esta condición puede ser considerada por el usuario.

Como se puede ver en la Tabla 4, la forma de U dio 4 posiciones óptimas idénticas y, al evaluar con las áreas, se puede limitar a dos. Las orientaciones 0–0 y 180–180 se encuentran en la superficie plana inferior, como se puede ver en la Fig. 6.

Los resultados de la forma de esfera especial ofrecen otro enfoque para evaluar y determinar lo que llamamos orientación óptima. Aquí, el número mínimo de superficies no está asociado con el área máxima de la primera capa. En términos de proporciones, la diferencia no es significativa, pero se puede suponer que para algunas formas muy complejas el establecimiento puede ser problemático. La siguiente ecuación. (3) puede ayudar al usuario a determinar cuál es la condición más necesaria para la optimización.

donde O(alfa, beta) es la orientación rotada, Afirst es el área de la primera capa, Nsurf es el número de superficies ininterrumpidas y w = (0,…, 1) es un valor constante, que se puede establecer mediante el usuario en función de sus preferencias. Por ejemplo, si el usuario asume que el área de la primera capa no tiene una gran importancia, el valor de w puede elegirse como un número relativamente mayor y el algoritmo se centrará principalmente en encontrar la orientación donde el número de superficies es el mínimo.

La orientación óptima adquirida, como se demuestra en los resultados y la explicación, produciría el mejor valor mínimo del número de superficies individuales, lo que resultaría en menos déficits de soldadura, como se muestra en la Fig. 1. La brecha entre el mínimo alcanzable y el peor de los casos situación, que es la máxima, es, sin embargo, muy dependiente de la complejidad de la geometría. En el caso de una esfera, por ejemplo, cada orientación impresa producirá el mismo resultado porque el objeto tiene un número infinito de proyecciones simétricas, pero en el caso de la esfera especial, incluso una ligera diferencia en el ángulo podría afectar significativamente el número producido. de superficies individuales.

Se ha desarrollado un algoritmo para determinar la orientación de impresión más óptima para minimizar los defectos de fabricación específicos de WAAM. La investigación se realizó sobre el archivo STL de algunas geometrías de piezas representativas, y para la creación del algoritmo se ha utilizado el software MATLAB. En los puntos inicial y final de los cordones de soldadura, se puede observar una inexactitud geométrica significativa y un defecto en las propiedades mecánicas, como dureza no homogénea y propiedades de tracción dentro de la pieza. Como es inherente a la tecnología, este efecto no se puede eliminar por completo, pero se puede minimizar. Esto se puede lograr seleccionando adecuadamente la orientación de construcción de la geometría con respecto al proceso de impresión. En este artículo, el algoritmo propuesto fue capaz de encontrar la orientación de construcción óptima con una complejidad muy baja y los dos parámetros siguientes se observaron en orden de prioridad:

Usando el enfoque propuesto, la impresora está a punto de fabricar menos superficies ininterrumpidas, por lo que se reduce la posibilidad de que ocurra tal deficiencia geométrica.

En el caso de resultados óptimos múltiples, se debe seleccionar el que tenga la capa inicial máxima, de modo que se pueda lograr una conexión de placa de construcción suficiente.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

De Ciurana, J., Guerra, A., Roca, A. & De Ciurana, J. La novela 3D additive manufacturing machine to biodegradable stents. Procedía Manuf. 13, 718-723. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.09.118 (2017).

Artículo Google Académico

Venturi, F., Gilfillan, N. & Hussain, T. Un enfoque basado en la convolución para la fabricación aditiva por pulverización en frío. Agregar Fabricación Letón. 1, 100014. https://doi.org/10.1016/j.addlet.2021.100014 (2021).

Artículo Google Académico

Pragana, JPM, Sampaio, RFV, Bragança, IMF, Silva, CMA & Martins, PAF Fabricación aditiva de metal híbrido: una revisión del estado del arte. Adv. Fabricación ind. Ing. 2, 100032. https://doi.org/10.1016/j.aime.2021.100032 (2021).

Artículo Google Académico

Singh, SR & Khanna, P. Fabricación aditiva por arco de alambre (WAAM): un nuevo proceso para dar forma a materiales de ingeniería. Mate. Hoy Proc. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.030 (2020).

Artículo Google Académico

Mohan, MK, Rahul, AV, Van Tittelboom, K. & De Schutter, G. Impresión 3D de hormigón basada en extrusión desde una perspectiva material: una revisión de vanguardia. Cem Concr Compos. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2020.103855 (2020).

Artículo Google Académico

Li, S., Xin, Y., Yu, Y. y Wang, Y. Diseño para la fabricación aditiva desde una perspectiva de flujo de fuerza. Mate. Des. 204, 109664. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.109664 (2021).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Zhang, J. & Yanagimoto, J. Optimización de topología basada en densidad integrada con algoritmo genético para optimizar la formabilidad y la rigidez a la flexión de láminas sándwich con núcleo de CFRP impresas en 3D. compos. Parte B. 225, 109248. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109248 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Jandyal, A. et al. Impresión 3D: una revisión de procesos, materiales y aplicaciones en la industria 4.0. Sostener. oper. computar 3, 33–42. https://doi.org/10.1016/j.susoc.2021.09.004 (2022).

Artículo Google Académico

Fox, B. & Subic, A. Un enfoque de la industria 4.0 para la impresión 3D de materiales compuestos. Ingeniería 5, 621–623. https://doi.org/10.1016/j.eng.2019.06.003 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Olsson, NOE, Arica, E., Woods, R. & Alonso, J. Industria 4.0 en el contexto de un proyecto: Introducción de la impresión 3D en proyectos de construcción. Proyecto Liderazgo Soc. 2, 100033. https://doi.org/10.1016/j.plas.2021.100033 (2021).

Artículo Google Académico

Matta, AK, Raju, DR y Suman, KNS La integración de CAD/CAM y la creación rápida de prototipos en el desarrollo de productos: una revisión. Mate. Hoy Proc. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.07.319 (2015).

Artículo Google Académico

Xia, C. et al. Una revisión sobre la fabricación aditiva de arco de alambre: monitoreo, control y un marco de sistema automatizado. J. Manuf. sist. 57, 31–45. https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2020.08.008 (2020).

Artículo Google Académico

C. Xia, Z. Stephen Pan, S. Zhang, H. Jun Li, Y. Xu, Z. Stephen, H. Jun, A. Autores Chunyang Xia, S. Chen, Z. Pan y H. Li, recomendados Cita Cita recomendada Detalles de la publicación Detalles de la publicación Modelo de control de aprendizaje iterativo adaptable gratuito del ancho del baño de fusión en la fabricación aditiva de arco de alambre, 2020.

Li, Y. et al. Hacia un sistema de monitoreo inteligente en la fabricación aditiva de arco de alambre: un detector de anomalías superficiales en un pequeño conjunto de datos. En t. j adv. Fabricación Tecnología 120, 5225–5242. https://doi.org/10.1007/s00170-022-09076-5 (2022).

Artículo Google Académico

Shim, JS, Kim, J., Jeong, H. & Choi, J. Precisión de impresión, propiedades mecánicas, características de la superficie y adhesión microbiana de resinas impresas en 3D con varias orientaciones de impresión. J. Prótesis. Mella. https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2019.05.034 (2022).

Artículo Google Académico

Alharbi, N., Osman, R. y Wismeijer, D. Efectos de la dirección de construcción sobre las propiedades mecánicas de las restauraciones dentales provisionales de cobertura completa impresas en 3D. J. Prótesis. Mella. 115, 760–767 (2016).

Artículo Google Académico

Li, P. et al. Efecto del método de fabricación aditiva y el ángulo de construcción en las características de la superficie y la adhesión de Candida albicans a los polímeros de base de prótesis impresos en 3D. J. Dent. 116, 899. https://doi.org/10.1016/j.jdent.2021.103889 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Pandey, PM, Thrimurthulu, K. & Reddy, NV Orientación óptima de depósito de piezas en FDM mediante el uso de un algoritmo genético multicriterio. En t. J.Prod. Res. 42, 4069–4089. https://doi.org/10.1080/00207540410001708470 (2004).

Artículo MATEMÁTICAS Google Académico

Xia, C. et al. Modelado y predicción de la rugosidad de la superficie en la fabricación aditiva de arco de alambre mediante el aprendizaje automático. J. Intel. Fabricación 33, 1467–1482. https://doi.org/10.1007/s10845-020-01725-4 (2022).

Artículo Google Académico

Phatak, AM & Pande, SS Orientación óptima de piezas en Prototipado Rápido usando algoritmo genético. J. Manuf. sist. 31, 395–402. https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2012.07.001 (2012).

Artículo Google Académico

Masood, SH, Rattanawong, W. & Iovenitti, P. Un algoritmo genérico para un mejor sistema de orientación de piezas para piezas complejas en la creación rápida de prototipos. J.Mater. Proceso. Tecnología 139, 110–116. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(03)00190-0 (2003).

Artículo Google Académico

Padhye, N. & Deb, K. Optimización multiobjetivo y toma de decisiones multicriterio en SLS utilizando enfoques evolutivos. Prototipo Rápido. J. 17, 458–478. https://doi.org/10.1108/13552541111184198 (2011).

Artículo Google Académico

Morgan, HD, Cherry, JA, Jonnalagadda, S., Edwing, D. y Sienz, J. Optimización de la orientación de piezas para la fabricación de capas aditivas de componentes metálicos. En t. j adv. Fabricación Tecnología https://doi.org/10.1007/s00170-015-8151-6 (2016).

Artículo Google Académico

Gardner, L., Kyvelou, P., Herbert, G. y Buchanan, C. Pruebas y verificación inicial del primer puente de metal impreso en 3D del mundo. Ciencia https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2020.106233 (2020).

Artículo Google Académico

Lockett, H., Ding, J., Williams, S., Martina, F. y Lockett, H. Diseño para fabricación aditiva de alambre + arco: reglas de diseño y selección de orientación de construcción. J. Ing. Des. https://doi.org/10.1080/09544828.2017.1365826 (2017).

Artículo Google Académico

Venturini, G., Montevecchi, F., Scippa, A. & Campatelli, G. Optimización de patrones de deposición WAAM para características de cruce en T. Continúe CIRP. 55, 95–100. https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.08.043 (2016).

Artículo Google Académico

Singh, S., Sharma, S. & Rathod, DW Una revisión de las estrategias de planificación de procesos y los desafíos de WAAM. Mate. Hoy Proc. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.02.632 (2021).

Artículo Google Académico

Lyu, Z. et al. Distribución microestructural y comportamiento tensil anisotrópico en una pared delgada de acero inoxidable martensítico 2Cr13 fabricada mediante fabricación aditiva de arco de alambre. Mate. Hoy Comun. 29, 102870. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102870 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Zhang, Y. & Shi, X. Investigación sobre la visualización tridimensional de archivos STL ASCII y binarios. Ciencia 940, 433–436. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.940.433 (2014).

Artículo Google Académico

T. Milligan, informe del proyecto en CD-ROM, sin fecha

Descargar referencias

El proyecto Application Domain Specific Highly Reliable IT Solutions" se ha implementado con el apoyo proporcionado por el Fondo Nacional de Investigación, Desarrollo e Innovación de Hungría, financiado bajo el esquema de financiamiento del Programa de Excelencia Temática TKP2020-NKA-06 (Subprograma de Desafíos Nacionales).

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Universidad Eötvös Loránd.

Facultad de Informática, Universidad Eötvös Loránd, Instituto de Tecnología Savaria, Szombathely, Hungría

Yazan Alomari, Márton Tamás Birosz & Andó Mátyás

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondence to Yazan Alomari.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Alomari, Y., Birosz, MT & Andó, M. Optimización de la orientación de piezas para el proceso de Fabricación Aditiva de Alambre y Arco para formas convexas y no convexas. Informe científico 13, 2203 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29272-x

Descargar cita

Recibido: 18 noviembre 2022

Aceptado: 01 febrero 2023

Publicado: 07 febrero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29272-x

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.