Manufactura aditiva metálica láser con Renishaw
Cuando hablamos de creatividad, dos cabezas son mejor que una, entonces, en la manufactura aditiva metálica ¿Es mejor cuatro lásers que uno? La evidencia es muy clara. Robin Weston, director de marketing de productos de Manufactura Aditiva de Renishaw, explica cómo el nuevo sistema RenAM 500Q de Renishaw aumentará considerablemente la productividad en las plataformas de una máquina normal.
Al acelerar el proceso hasta cuatro veces, Renishaw espera que la máquina RenAM 500Q haga más atractivo el mercado de manufactura aditiva metálica. Esto hará avanzar la tecnología en aplicaciones actuales que aún costosas, a nuevas empresas que todavía no han adaptado la manufactura aditiva en sus sistemas de producción.
Diseño innovador impulsado por manufactura aditiva
El principal elemento del sistema RenAM 500Q es su innovador sistema óptico. El sistema óptico, es crucial para el sistema de manufactura, ha sido diseñado entre los departamentos de control, software e ingeniería mecánica de Renishaw.
Los rayos láser de fibra de iterbio entran en el sistema óptico y son guiados por cuatro pares de espejos accionados por galvanómetros de precisión (galvos), que giran para dirigir los haces por la placa de manufactura. El sistema óptico también enfoca los lásers dinámicamente para ajustar continuamente las longitudes focales y mantener un diámetro de haz uniforme cuando los ángulos del rayo cambian por todo el espacio de trabajo plano. Para conseguir la precisión haca la cama de material en polvo, se exige control en la óptica y sistemas, una tecnología dominada por Renishaw durante años, con productos como el sistema de medición de 5 ejes REVO para máquinas de medición por coordenadas CMM.
Renishaw ha aprovechado sus instalaciones de manufactura aditiva para fabricar en su sistema óptico RenAM 500Q. Al fabricar este componente mediante este proceso, Renishaw consigue los espejos de guía de manera más compacta e incorpora canales de refrigeración conformales internos para mantener una estabilidad térmica precisa. La aplicación de esta innovación a todo el proceso de producción de manufactura, permite a Renishaw fabricar en una máquina que afronta los retos de productividad que exigen las máquinas de tamaño medio más usadas.
El diseño del sistema óptico se produce mediante una técnica de manufactura híbrida: al incorporar la placa de procesamiento (desechable) como parte del componente final, con esto se reduce el volumen del material para la manufactura y se reduce el paso de procesamiento necesario para eliminar los componentes de la placa. En el Centro de Soluciones de Manufactura Aditiva de Renishaw en Staffordshire se ha optimizado el componente, la estructura de soportes y el diseño de manufactura para la producción en serie.
Productividad
El nuevo sistema de cuatro lasers incrementa la productividad hasta cuatro veces, sin aumentar el tamaño de la plataforma. Los sistemas de mayor tamaño afrontan retos adicionales, por ejemplo, una mayor cantidad de material, manejo mecánico de sustratos más pesados, mayor control del gas en áreas de trabajo mayores, con el inevitable incremento de la inversión y el espacio ocupado en el taller. Para piezas grandes, deben asumirse estos compromisos, sin embargo, una gama más amplia de máquinas de tamaño medio cumplen mejor los requisitos, pero en la actualidad presentan inconvenientes por falta de productividad debido a un número limitado de láseres.
El equipo RenAM 500Q se basa en la arquitectura del sistema de un láser RenAM 500M de Renishaw para producción por impresión 3D en serie, pero con diferencias significativas. Lo más evidente son los cuatro lásers, no obstante, ha sido necesario rediseñar todos los subsistemas para adaptarlos al rendimiento adicional. También hay que resaltar la capacidad de manejo de las emisiones adicionales del proceso generadas por los cuatro lásers. Al aumentar el flujo y la velocidad del gas, se aumentan las cargas en otros sistemas, como el filtrado, utilizados para capturar las emisiones del proceso. Para ello, Renishaw ha agrego un "intercooler" en el caudal del gas, que mantiene la temperatura de proceso constante, y un pre-filtro ciclónico, que separa las partículas pequeñas y las grandes, para aumentar la vida útil del filtro y aumentar la reutilización del polvo.
También se han mejorado otras áreas, como el flujo constante de gas en el área de procesamiento, que reduce considerablemente la limpieza entre fabricaciones. Con cuatro lásers en funcionamiento en el área de construcción, es fundamental mantener una relación precisa entre el sistema óptico y la mesa del polvo. Una serie de avances tecnológicos contribuyen a ello, por ejemplo, los ensambles cinemáticos de precisión utilizados para colocar la cuchilla reaplicadora, que ajusta el tiempo de reglaje y aumenta la repetibilidad.
Menos espacio, muchas posibilidades
El uso eficiente de cuatro láseres requiere más tiempo de programación previa y trabajos de ingeniería de procesos. La manera más fácil de empezar es asignar a cada láser una pieza o un grupo de piezas independientes. De este modo, los láseres pueden trabajar en paralelo. Investigaciones iniciales señalan que es necesario prestar atención especial durante el procesamiento de piezas adyacentes simultáneamente, donde las emisiones de una pueden afectar a la otra. Los resultados muestran algunas diferencias marginales en el acabado de la superficie, pero, en general, es el escenario de procesamiento más sencillo de gestionar, y es el punto de partida recomendado para la mayoría de usuarios.
Otras aplicaciones juegan un papel más significativo en las opciones de proceso multi-láser. La posibilidad de utilizar los cuatro lásers para una sola pieza y las prestaciones del sistema Renishaw para gestionar toda la mesa del polvo con cada uno de ellos, proporciona la estrategia de procesamiento más optimizada.
Un ejemplo es el bloque de ensamble de galvos de la RenAM 500Q de Renishaw, construido mediante manufactura aditiva con cuatro láseres en 19 horas. Es una pieza idónea de la manufactura aditiva, con una aplicación en la que las demandas operativas se centran en la estabilidad térmica, el control de fugas y la repetibilidad geométrica. No está sometida a una carga estructural significativa, por lo que la verificación de componentes se limita a comprobar los requisitos de diseño funcional.
Para piezas con estructuras más exigentes, principalmente en aplicaciones cruciales de los sectores aeroespacial, sanitario y motores de competencia, la mayoría de los usuarios necesitan conocer más detalladamente los efectos de la interacción multi-láser, que exigen más pruebas y evaluación, y pueden experimentar a través del programa de acceso del Centro de Soluciones de Renishaw.
Cada usuario dispondrá de su propia perspectiva de aproximación a la tecnología multi-láser, ya sea para mejorar la productividad en una aplicación de manufactura aditiva en uso o para abrir nuevos mercados aprovechando aplicaciones que facilitan unas mejoras de productividad.
La manufactura aditiva es ahora una tecnología de producción en serie viable. La tecnología está avanzando hacia aplicaciones en las que no solo son atractivas las ventajas técnicas de la manufactura , sino también la economía de producción para componentes de alta calidad.
Además, el sistema RenAM 500Q de Renishaw ofrece hasta cuatro veces más productividad, pero con una inversión inicial reducida, por lo que se reduce el coste de componentes por pieza y aumenta el atractivo de la manufactura aditiva metálica para nuevos usuarios y la productividad para los existentes. Respondiendo a la pregunta inicial, parece que cuatro láseres son realmente mejor que uno.
Fuente: Renishaw, conoce mas en Renishaw en México
