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

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/12/2024

Conceito da tecnologia, que serve tanto para soldagem quanto para impressão 3D de metais.
[Imagem: Yongcui Mi]

Óptica adaptativa industrial

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.

Óptica adaptativa (espelho deformável) criada especialmente para o projeto.
[Imagem: Yongcui Mi]

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 2 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.

O próximo passo será sair do protótipo de laboratório, visto aqui, para uma versão industrial.
[Imagem: Yongcui Mi et al. - 10.1016/j.optlaseng.2023.107724]

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.

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