Development of a robotic additive manufacturing cell based on laser metal deposition using wire

Abstract

Na manufatura moderna, a integração de tecnologias como Gêmeo Digital (DT) e Manufatura Aditiva (AM) é essencial para otimizar a produção e a eficiência dos processos. A Deposição de Metal a Laser baseado em Arame (LMD-Wire) oferece vantagens como flexibilidade na produção de peças complexas e redução de custos, mas desafios como simulação de operações, detecção de falhas e otimização do ciclo de vida das peças ainda limitam sua adoção. Este estudo propõe o desenvolvimento de uma Célula de Manufatura Aditiva Robotizada (RAMC) utilizando LMD-Wire, integrada a um sistema CAD/CAPP/CAM baseado em Gêmeos Digitais, em conformidade com a ISO 23247, garantindo interoperabilidade entre os níveis da manufatura digital. A RAMC integra fisicamente componentes como a célula metálica, o robô KUKA KR70 R2100 e o sistema MELTIO Engine, coordenando-os logicamente para otimizar o fluxo de trabalho e garantir a execução precisa das operações. Os sistemas CAD/CAPP/CAM na RAMC são cruciais para a fabricação. O CAD desenvolve o projeto das peças, o CAPP gera o código KRL (Kuka Robot Language), que é transferido para a fase CAM para execução. O código KRL ajusta os parâmetros do robô, assegurando a precisão e qualidade das peças metálicas. A integração de Gêmeos Digitais permite monitoramento em tempo real, simulação das estratégias de deposição e antecipação de falhas, promovendo uma manufatura mais eficiente e coordenada. Os cenários de validação demonstraram o potencial da RAMC, evidenciando a importância dos Gêmeos Digitais na otimização do LMD-Wire, especialmente na produção de peças complexas. O uso dos Gêmeos facilita a simulação e o monitoramento em tempo real, melhorando a qualidade e confiabilidade das peças. Além disso, estratégias inteligentes de monitoramento e controle em um ambiente digital conectado aprimoram a rastreabilidade e a flexibilidade na produção de peças complexas, atendendo às exigências da Indústria 4.0. Desafios persistem, como a modelagem de parâmetros para geometrias complexas e a ampliação da interoperabilidade com outras normas industriais. Em conclusão, este estudo contribui para o avanço da Manufatura Aditiva Robotizada com LMD-Wire, integrando CAD/CAPP/CAM com Gêmeos Digitais para otimizar a produção e controle de qualidade, e destaca a necessidade de mais pesquisas para refinar a modelagem digital e expandir a aplicação da Manufatura Aditiva na indústria. Além disso, abre caminhos para a criação de soluções inovadoras que possam aumentar a competitividade e a sustentabilidade na manufatura.