Corte y soldadura por láser

El corte y la soldadura por láser se han consolidado como métodos eficaces, rápidos y rentables para el procesamiento de materiales en numerosas industrias. Estas tecnologías de proceso se utilizan en la industria automovilística, aeronáutica y naval, así como en la industria de los semiconductores y en la medicina. En la soldadura láser, la luz se concentra en un punto focal (Ø 0,2 - 0,3 mm) mediante una óptica de enfoque y el material a soldar se funde rápidamente gracias a la alta densidad de energía. Una vez alcanzado el punto de fusión del material, este se evapora y se crea un canal de vapor. Esto se denomina «ojo de cerradura». En este método, se forma una zona de fusión alrededor del canal de vapor. Cuando el rayo láser y la pieza de trabajo se mueven uno hacia el otro, el material fundido fluye directamente detrás del láser hacia el canal de vapor y se forma una soldadura limpia. Dado que todo este proceso solo dura fracciones de segundo, se puede alcanzar una velocidad muy alta en la soldadura láser.

Soldadura por orificio y soldadura láser 3D con alta intensidad láser

En la soldadura por ojo de cerradura, el material que se procesa puede penetrarse casi por completo con la alta energía del láser. La intensidad del rayo láser supera el límite de 10 6W/cm2 y su energía garantiza que la mezcla de material evaporado y gas de protección se ionice, lo que da lugar a un plasma inducido por láser. En la soldadura por conductividad térmica, la intensidad del rayo láser está por debajo del umbral de 10 6W/cm2 . En este método, se forma plasma metálico y no hay efecto de soldadura profunda. La soldadura y el corte por láser 3D son adecuados para procesar componentes, perfiles o tubos 3D. Incluso en lugares de difícil acceso, se producen cortes exactos y cordones de soldadura limpios de alta calidad. El procesamiento respetuoso con el material reduce las operaciones posteriores y aumenta el grado de automatización. Un argumento importante a favor de la soldadura por láser es la alta velocidad de soldadura por láser, que puede garantizar un trabajo de alto nivel.

¿Qué gases operativos o protectores se utilizan para la soldadura láser?

Dependiendo de la aplicación, se pueden utilizar diferentes gases láser para la soldadura láser. Debido a su mayor reproducibilidad, en la industria se utilizan cada vez más gases resonadores premezclados. Entre los gases más populares se encuentran el CO2 4.5, el N2 5.0 (gas nitrógeno para corte láser), el helio para soldadura láser 4.6 y el gas argón para soldadura láser 4.6.

SOLUCIÓN MESSER

La impresión 3D implica el uso de diversos gases en diferentes etapas de la cadena de producción. Esta última comienza esencialmente con la producción de los polvos utilizados en la impresión 3D. Los polvos metálicos se atomizan con un chorro de gas para darles su forma esférica. Los polvos plásticos, por el contrario, se someten a un proceso de molienda criogénica. Esto implica el uso de nitrógeno líquido. Para garantizar su calidad, algunos polvos deben almacenarse permanentemente en una atmósfera de gas protector. Para ello se utilizan recipientes especiales llenos de gas protector.

Dependiendo del proceso específico, la impresión de un componente implica el uso de gases protectores, gases portadores y/o gases de refrigeración. En la mayoría de los procesos de impresión, el tipo de gas necesario, y su pureza, depende del material. La siguiente tabla ofrece una visión general de los posibles gases protectores. También se necesitan gases para el tratamiento posterior de los componentes. Esto se realiza mediante un tratamiento térmico posterior diseñado para lograr propiedades homogéneas en los componentes o mediante un proceso de sinterización posterior. El recocido para eliminar tensiones, un proceso que requiere el uso de un gas de protección, es el tratamiento térmico típico. Pero también pueden ser necesarios otros tipos de tratamiento térmico.
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PROCESS DESCRIPTION

3D printing (also called additive manufacturing) of metals has only been developed in the last few years but is already seen as one of the technologies for the future. Many companies and research centres are investing in research and development with the aim of standardising 3D printing in production.

3D printing involves making components by adding layers of material one by one. This method differs from conventional production processes in that the component is produced directly by melting powder or wire feedstock. The process is well developed in the production of plastics and has been used in this segment for some time. 3D printing of metals is quite another matter: the units are fairly expensive by comparison and are used in industry or at research facilities.

In contrast to conventional manufacturing, 3D printing offers advantages in the production of complex components. The addition of layers one by one very effectively facilitates the production of complex structures that would be difficult or impossible to achieve using traditional manufacturing techniques. 3D printing is frequently used for the manufacture of individual items or small batches as it would be too expensive to set up a conventional production facility. Typical examples include hip or dental prostheses in medicine as well as turbine blades or turbochargers.
 

Aspects of the technique

Present-day methods for additive manufacturing with metals can be organised according to the aspects of material feed and energy sources:

Powder bed

The most common techniques nowadays involve a bed of powder. This means layering coats of powder onto the blank and melting the layers onto the existing component. The source of energy for this can be a laser or an electron beam. In the former case, the process is called Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), whereas in the latter, it is referred to as Electron Beam Melting (EBM)

Powder spraying 

Spraying powder requires the use of a carrier gas, meaning that electron beams cannot be used for the energy source. Powder spraying by lasers is already used for additive manufacturing and is known by the name laser metal deposition (LMD). Use of a welding arc in the form of a plasma beam has been known by the name plasma-arc welding for many years. Efforts are being made to adapt this method for additive manufacturing.

Wire feed 
Additive manufacturing techniques using a wire feed can in principle be used with any kind of energy source. Use of these techniques is becoming increasingly widespread due to the relatively low cost of the filler material.

Binder 

Metallic powders are mixed with a binder (often polymer). This binder is used to print a component layer by layer. The first step after printing is to burn out the binder. The next step involves sintering the component at a high temperature. Debinding and sintering cause the component to shrink. This shrinkage must be taken into account in the printing process.