The additive manufacturing of metallic components allows the production of parts with different geometries with reduced unit cost and faster speed when used for low scale production, when compared to traditional manufacturing methods. Among the different techniques to perform additive manufacturing of metallic components, WAAM (Wire + Arc Additive Manufacturing) stands out due to its low implementation cost, high deposition rates, and good part integrity. As a disadvantage, there is a build-up of heat on the part resulting from the deposition of the material, which can cause non-conformities of diferente types. To reduce heat buildup, near-immersion active cooling (NIAC) has been proposed in the literature. The fundamental idea of NIAC is to deposit the material in a tank in which the level of a cooling liquid (usually water) is kept at a fixed distance from the top of the preform. This significantly reduces heat buildup. The closer the liquid is to the deposition layer, the greater the cooling. One possibility to increase the versatility of the NIAC is to adopt a closed loop control structure to control the interpass temperature, that is, hte layer temperature in between the deposition passes. As a result, it would be possible to make this temperature follow reference values provided by an operator. As an initial step in the project of such a control system, the present work involved the construction of a prototype with the main characteristics of a WAAM machine with NIAC. In this development, the deposition vat was replaced by a tank. Moreover, an electrical resistance and an aluminum plate set represented the energy source and the preform, and the computer and the pumping system of the real process were replaced by an Arduino UNO and a set of tanks and DC pump, respectively. With the prototype built, a controller was implemented to track temperature references for the aluminum sheet. In particular, a proportional-integral controller was adopted. The controller parameters were adjusted based on the Ziegler and Nichols step response method and refined experimentally. To improve the performance of the controller, conditional integration was adopted for windup elimination. Furthermore, a heuristic technique was implemented to decrease the convergence time. This technique consisted in modifying the control action for a short time interval when the tracking error was larger than a tolerance. The results showed that it was possible to guide the plate temperature around reference values. To do this, the control system changes the water level in the tank in which the resistor is placed. This result indicates that it is also possible to control the interpass temperature in the real process.Pesquisa sem auxílio de agências de fomentoTrabalho de Conclusão de Curso (Graduação)A manufatura aditiva de componentes metálicos permite confeccionar peças de diferentes geometrias com custo unitário reduzido e com maior rapidez ao ser utilizada para produção em baixa escala, se comparada a métodos tradicionais de fabricação. Dentre as diferentes técnicas para realização de manufatura aditiva de componentes metálicos, a deposição a arco (MADA - Manufatura Aditiva Por Deposição a Arco) se destaca devido ao baixo custo de implementação, às elevadas taxas de deposição e à boa integridade das peças. Como desvantagem, pode ocorrer um acúmulo de calor na peça resultante da deposição do material, o que pode causar não conformidades de diferentes tipos. Para reduzir o acúmulo de calor, foi proposto na literatura o resfriamento ativo por quase-imersão (RAQI). A ideia fundamental do RAQI consiste em depositar o material em uma cuba na qual o nível de um líquido de resfriamento (em geral água) é mantido a uma distância fixa do topo da pré-forma. Desse modo, tem-se uma redução significativa do acúmulo de calor. Quanto mais próximo o líquido estiver da camada de deposição, maior será o arrefecimento. Uma possibilidade para aumentar a versatilidade do RAQI é adotar uma estrutura de controle em malha fechada para controlar a temperatura de interpasse, isto é, a temperatura das camadas entre os passes de deposição. Como resultado, seria possível fazer com que tal temperatura seguisse valores de referência fornecidos por um operador. Como etapa inicial do projeto de tal sistema de controle, o presente trabalho envolveu a construção de um protótipo com as principais características de uma máquina de MADA com RAQI. Nesse desenvolvimento, substituiu-se a cuba de deposição por um tanque. Mais ainda, um conjunto resistência elétrica e chapa de alumínio representou a fonte de energia e a pré-forma, e o computador e o sistema de bombeamento do processo real foram substituídos por um Arduino UNO e um conjunto de tanques e bomba DC, respectivamente. Com o protótipo construído, implementou-se um controlador para rastrear referências de temperatura para a chapa de alumínio. Em particular, adotou-se um controlador proporcional-integral. Os parâmetros do controlador foram ajustados com base no método da resposta ao degrau Ziegler e Nichols e refinados experimentalmente. Para melhorar o desempenho do controlador, adotou-se a integração condicional para eliminação do windup. Além disso, uma técnica heurística foi implementada para diminuir o tempo de convergência. Essa técnica consistiu em modificar a ação de controle por um intervalo curto de tempo quando o erro de rastreamento fosse maior do que uma tolerância. Os resultados mostraram que foi possível guiar a temperatura da chapa para o entorno de valores de referência. Para isso, o sistema de controle altera o nível de água no tanque em que a resistência é posicionada. Tal resultado indica que também pode-se controlar a temperatura de interpasse no processo real.2022-01-0
