Um exemplo de tecnologia híbrida foi desenvolvido pelo Instituto Fraunhofer para a Tecnologia de Laser (ILT), dentro do escopo do projeto de pesquisa DVS “KoaxHybrid”, em Aachen (Alemanha).

 

Os engenheiros do instituto desenvolveram um novo sistema óptico com substratos de vidro e uma tocha que une a soldagem a arco sob gás de proteção e a deposição de material a laser, criando assim um processo completamente novo baseado na manufatura aditiva.

 

Denominado Collar Hydrid, ele pode ser usado para aumentar a velocidade de soldagem e a taxa de deposição na impressão 3D de metais e será apresentado em um congresso especializado organizado pela Associação Alemã de Soldagem (DVS - Deutscher Verband für Schweißen), de 19 a 21 de setembro, na cidade de Koblenz.

 

A combinação de soldagem por feixe de laser com a soldagem a arco se mostrou adequada para unir peças tridimensionais. Combinados coaxialmente, os processos permitem aumentar a taxa de deposição em até 150%, o que capacita o método para a fabricação de componentes de grandes dimensões.

 

Processos complementares

 

A fabricação aditiva a arco é um processo já estabelecido, e a maioria dos materiais metálicos pode ser processada desta forma. "Porém, o arco não pode ser focado com a mesma precisão de um feixe de laser e por isso não pode ser usado para produzir faixas finas e precisas”, explicou Max Fabian Steiner, pesquisador associado do Fraunhofer ILT. Com sua colega de instituto Jana Kelbassa, Steiner desenvolveu e construiu um sistema óptico especial refrigerado a água com substratos de vidro e uma tocha refrigerada a água para soldagem e manufatura aditiva sob altas potências. As fontes de energia são sobrepostas e os pontos fortes dos dois processos individuais são combinados.

 

 

 

 

 

Representação esquemática do cabeçote de processamento híbrido Collar 

 

Se forem necessárias estruturas muito finas e grosseiras, as proporções dos processos podem ser variadas. Com um processo a laser puro ou em maior escala (com o arco desligado completamente ou operando em baixa potência), as áreas desafiadoras e estruturas finas podem ser depositadas. Já com um processo de arco majoritário, as estruturas mais grosseiras, como nervuras largas ou áreas com grandes taxas de deposição, podem ser depositadas de forma significativamente mais rápida, com maior custo-benefício e menor consumo de energia.

 

Estratégias semelhantes também podem ser aplicadas a materiais como alumínio ou cobre, que normalmente exigem fontes de feixe muito mais caras, tais como laser azul ou verde. “Por exemplo, eu uso o arco para quebrar a camada de óxido de alumínio, que tem uma temperatura de fusão de 2.200°C”, relatou Steiner a partir de um experimento bem-sucedido. “Mas a camada de alumínio por baixo tem uma temperatura de fusão de 660°C, que posso soldar ou usinar com menor potência combinada”, completou.

 

No processo híbrido, o arco entre a extremidade do fio e o substrato é envolvido pela radiação laser anular, como se fosse um colar. A ideia é que o arco não possa sair desse colar e seja guiado à força, o que inspirou o nome Collar Hybrid para o processo.

 

Imagens: Max Fabian Steiner e Lukas Riessner / Fraunhofer ILT, Aachen (Alemanha)

 

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