Tecnologia de telescópio leva soldagem a laser e impressão 3D a novos patamares

Conceito da tecnologia, que serve tanto para soldagem quanto para impressão 3D de metais
A soldagem a laser é uma técnica consagrada e essencial na indústria; a impressão 3D a laser, por sua vez, está seguindo rapidamente o mesmo caminho, e já existem processos produtivos que a utilizam industrialmente. Mas dá para melhorar as duas, e melhorar muito.
Mi Yongcui e colegas da Universidade Oeste, na Suécia, desenvolveram agora uma tecnologia inovadora que permite fazer a moldagem e o controle em tempo real dos feixes de laser, o que traz um nível de qualidade sem precedentes para a soldagem a laser e para a deposição de camadas na manufatura aditiva — tudo usando o tradicional sistema de laser e fio. A grande surpresa veio da tecnologia que viabilizou esta inovação: É a óptica adaptativa, a mesma tecnologia de espelhos deformáveis usada em telescópios para anular a interferência da atmosfera.
Somos os primeiros a usar a tecnologia de espelho deformável para esta aplicação. A óptica do espelho pode lidar com lasers de potência de vários quilowatts e, com a ajuda da visão computacional e da IA, o feixe de laser pode ser moldado em tempo real para se adaptar às variações nas lacunas entre as peças”, explicou Yongcui.

Uso na soldagem a laser
A indústria enfrenta atualmente desafios significativos na soldagem a laser de alta potência sem fio de enchimento, sendo o principal problema a ocorrência de defeitos nas soldas devido a variações nas larguras das folgas entre as peças a serem unidas.
A pesquisadora então teve a ideia de usar a tecnologia óptica para ajustar o feixe de laser em tempo real: Uma câmera filma as peças a serem unidas, medindo com precisão a distância entre elas, e então a óptica adaptativa ajusta o laser para que o hiato entre as peças seja preenchido sem defeitos.
Para obter uma junta forte e perfeita, o formato do feixe de laser precisa se adaptar às diferentes larguras ao longo de uma costura de solda. Com esta tecnologia, o feixe pode ser moldado dinamicamente durante o processo de soldagem para preencher lacunas de até 0,6 milímetro na junta ao soldar placas de aço com dois milímetros de espessura”, detalhou Yongcui.
A tecnologia de espelhos deformáveis foi desenvolvida na década de 1950, e desde então permitiu que os telescópios capturassem imagens mais precisas de estrelas, planetas e outros corpos celestes.
O espelho do nosso projeto foi customizado para nossa aplicação específica. Integrar, depurar e validar um protótipo da tecnologia de ponta foi a parte mais desafiadora e demorada da pesquisa”, contou Yongcui.

Uso na impressão 3D
A pesquisadora também testou a nova tecnologia na deposição de energia direcionada com laser e fio, um tipo de processo de fabricação aditiva, ou impressão 3D, que usa um feixe de laser para derreter e fundir fios de metal sobre um substrato, criando objetos 3D camada por camada. Também aqui, a modelagem dinâmica do feixe de laser permite criar processos mais eficientes e confiáveis para lasers de alta potência.
Os resultados da minha pesquisa mostram que a modelagem dinâmica do feixe de laser possui um grande potencial tanto para soldagem a laser quanto para a deposição de energia direcionada com laser e fio. Essa tecnologia torna o processo mais flexível e alcança maior qualidade. Além disso, reduz significativamente o desperdício de material e o consumo de energia, economizando tempo e dinheiro”, concluiu Yongcui.
Bibliografia
Artigo: Conduction mode laser welding with beam shaping using a deformable mirror
Autores: Yongcui Mi, Satyapal Mahade, Fredrik Sikstrom, Isabelle Choquet, Shrikant Joshi, Antonio Ancona
Revista: Optics & Laser Technology
DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.107718
Artigo: Beam shaping with a deformable mirror for gap bridging in autogenous laser butt welding
Autores: Yongcui Mi, Pasquale Guglielmi, Morgan Nilsen, Fredrik Sikstrom, Gianfranco Palumbo, Antonio Ancona
Revista: Optics & Laser Technology
DOI: 10.1016/j.optlaseng.2023.107724
Fonte: Inovação Tecnológica