Quando um colar de laser doma o arco: Novo sistema une soldagem de gás de proteção de metal e deposição de material a laser

30 de agosto de 2022

por Petra Nolis, Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT

Um exemplo de tecnologia híbrida em sua forma mais pura foi desenvolvido e construído pelo Fraunhofer ILT para o projeto de pesquisa KoaxHybrid da DVS. Em Aachen, os engenheiros do instituto desenvolveram um novo sistema óptico com substratos de vidro e uma tocha de arco que une soldagem de gás de proteção metálica (MSG) e deposição de material a laser com um feixe anular, criando assim um processo completamente novo. Os interessados ​​podem descobrir como o processo COLLAR Hybrid pode ser usado para aumentar a velocidade de soldagem e a taxa de deposição na impressão 3D metálica em um congresso especializado organizado pela DVS—Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V. de 19 a 21 de setembro em Koblenz.

O novo processo combina o melhor dos dois mundos: dois processos aditivos diferentes com material de enchimento em forma de arame. Estamos falando de fabricação aditiva de arco de arame (WAAM) e deposição de material a laser de arame (WLMD). Ambos os processos têm vantagens e desvantagens relacionadas ao sistema: Comparado ao WAAM, o WLMD é caro, tem baixas taxas de deposição, mas é caracterizado por baixa entrada de calor e acúmulo preciso da camada exatamente no local desejado. Por esta razão, é particularmente procurado na indústria aeroespacial. Se for necessária uma taxa de aplicação mais alta, o WAAM é a melhor escolha, pois as superfícies alcançáveis ​​são mais onduladas e o acúmulo de camadas é significativamente mais grosseiro.

Na união, a combinação de soldagem por feixe de laser e soldagem por arco de metal a gás é estabelecida sob o nome de soldagem híbrida LB-GMA. No entanto, este processo lateral é dependente da direção e adequado apenas de forma limitada para unir costuras tridimensionais

Quando os processos são combinados coaxialmente, a taxa de deposição pode ser aumentada em até 150%, de modo que o novo processo de impressão 3D independente de direção também pode ser usado para componentes grandes. "Como a ondulação da superfície diminui, a quantidade de pós-processamento necessária é significativamente reduzida em comparação com o processo WAAM", explica Max Fabian Steiner, pesquisador associado da Fraunhofer ILT.

A fabricação aditiva de arco de arame é um processo estabelecido e robusto, pois não apenas a tecnologia de sistema necessária pode ser adquirida de forma barata, mas a maioria dos materiais metálicos pode ser processada com ela. Steiner explica suas desvantagens: "o arco não pode ser focalizado com a mesma precisão de um feixe de laser. Não pode ser usado para produzir faixas tão finas e precisas quanto com um laser".

Com sua colega de instituto Jana Kelbassa, Steiner desenvolveu e construiu – como contramedida – um sistema óptico especial refrigerado a água com substratos de vidro e uma tocha de arco refrigerado a água para soldagem e manufatura aditiva em altas potências. No novo sistema óptico, ambas as fontes de energia são sobrepostas e os pontos fortes dos dois processos individuais são combinados de forma lucrativa.

No processo híbrido, o arco entre a ponta do fio e o substrato é envolvido pela radiação anular do laser, como se fosse um colar. A ideia por trás dessa combinação é que o arco não pode sair desse colar e é guiado à força. O novo processo deve seu nome, COLLAR Hybrid, a essa "orientação forçada", em que o acrônimo COLLAR se refere ao arco laser coaxial comum dos dois processos.

Enquanto o Fraunhofer ILT está usando a nova tecnologia de sistema para desenvolver ainda mais a impressão 3D metálica com feixe de laser em formato anular e tecnologia de arco, o RWTH Aachen University Institute for Welding and Joining (ISF) está usando-o para desenvolver soldagem híbrida independente de direção com foco em anel e alimentação de fio coaxial. Ambos os casos de uso fazem parte do projeto de pesquisa KoaxHybrid da DVS.