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Laserauftragschweißen als additives Fertigungsverfahren

Saldatura laser a riporto (LMD)

La saldatura laser a riporto è un procedimento di lavorazione generativo per metalli. La denominazione internazionale è "Laser Metal Deposition", abbreviata in LMD. Si parla anche di "Direct Metal Deposition" (DMD) o di "Direct Energy Deposition" (DED). Il processo è semplice da spiegare: il laser genera un bagno fuso sulla superficie del componente. La polvere metallica viene applicata automaticamente da un ugello. Si creano cordoni saldati tra loro che a loro volta danno forma alle strutture su corpi base esistenti o a componenti completi. Questa procedura è utilizzata nel settore aeronautico e aerospaziale, nella tecnologia energetica, in petrolchimica, nell'industria automobilistica e nella tecnica medicale. I clienti di TRUMPF beneficiano del vasto portafoglio di laser e sistemi laser, know-how di processo e servizi per svariate applicazioni. La tecnologia LMD può inoltre essere combinata, ad esempio, con il taglio o la saldatura laser.

Frequenze di deposizione più alte

Con la saldatura laser a riporto si generano strutture grossolane e molto fini: entrambe con alte frequenze di deposizione rispetto ad altri procedimenti generativi.

Varietà di materiali

Nello stesso processo possono essere attivati più contenitori per polvere, avendo così la possibilità di creare leghe particolari in base alle specifiche esigenze. La combinazione di materiali diversi permette di creare strutture sandwich.

Flessibilità

Con la saldatura laser a riporto si possono lavorare a riporto strutture 3D su superfici esistenti non piane e così realizzare in modo semplice modifiche geometriche.

Semplice cambio del materiale

La Laser Metal Deposition permette di passare in modo semplice tra materiali diversi in un solo processo di lavoro.

Breve introduzione al processo di saldatura laser a riporto

Verfahrensskizze Laser Metal Deposition

Innanzitutto il raggio laser riscalda il pezzo localmente e genera un bagno fuso. Un ugello integrato nel sistema ottico di lavorazione spruzza una sottile polvere metallica direttamente nel bagno fuso, dove si fonde e si unisce al materiale di base. Quello che rimane è uno strato di circa 0,2 - 1 millimetro di spessore. Se necessario, si possono strutturare più strati uno sopra l'altro. In questo processo viene spesso utilizzato l'argon come gas inerte. Muovendosi sul pezzo, il sistema ottico di lavorazione a controllo automatico applica linee, superfici e forme. Il sistema a sensori intelligente fa in modo che lo spessore degli strati sia sempre uniforme ovunque.

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I settori d'impiego: versatili come la tecnologia stessa

La Laser Metal Deposition è molto più che semplice stampa 3D. La versatilità dei settori d'impiego di questo procedimento di lavorazione innovativo spazia dal rivestimento e dalla riparazione di componenti ai processi di giunzione, come la copertura di fessure, fino alla generazione di componenti completi con assoluta libertà creativa.

EHLA – Rivestire ad alte velocità di processo

Il procedimento EHLA accelera ulteriormente la saldatura laser a riporto; è proprio questa caratteristica che conferisce al procedimento la denominazione "estrema saldatura a elevata velocità di deposizione laser" (EHLA). Il materiale d'apporto in polvere incontra la luce laser già sopra il bagno fuso, prima che arrivi al componente, e viene riscaldato dal laser quasi fino al punto di fusione. Per questo motivo le particelle fondono più rapidamente nel bagno fuso e l'energia viene sfruttata con efficacia molto maggiore. Il procedimento EHLA raggiunge quindi velocità superiori a 250 centimetri quadrati al minuto. Rispetto alla saldatura a riporto laser "normale", si tratta di un considerevole aumento, in quanto questa arriva a soli 40 centimetri quadrati al minuto. Un altro vantaggio consiste nella possibilità di realizzare strati più sottili di spessore compreso tra 10 e 300 micrometri. TRUMPF è già riuscita a trasferire nella produzione in serie questo procedimento, sviluppato e brevettato dall'Istituto Fraunhofer per tecnologia laser.

Rivestimento: una lunga durata

Per rinforzare localmente o adattare geometricamente componenti, è possibile ricorrere alla Laser Metal Deposition per eseguire con semplicità il riporto sulle strutture. Il componente sottostante può essere costituito da materiali di minor costo. L'applicazione di uno strato protettivo da corrosione o usura fa aumentare il valore dei componenti e li protegge da forti sollecitazioni meccaniche o chimiche. Rispetto ai procedimenti usati comunemente, come la saldatura plasma ad arco trasferito o la spruzzatura termica, con la saldatura a riporto laser il pezzo viene esposto soltanto a basse sollecitazioni termiche, pertanto è altrettanto basso il pericolo di deformazione, ecc. Grazie all'elevato livello di automazione e alla buona riproducibilità, la LMD si dimostra anche più redditizia.

Generazione: la libertà della forma

La saldatura laser a riporto lascia ampia libertà di design nella lavorazione individuale di componenti, soprattutto se la si confronta con la lavorazione con stampi generici. La saldatura a riporto con materiale additivo permette di creare strutture completamente nuove o di modificare la forma e la struttura superficiale di componenti esistenti. In questo modo si possono generare anche completi componenti di grande formato, che non sono idonei per gli ingombri di una stampante 3D.

Riparazione: usare, non rottamare

Componenti costosi anche dal punto di vista della produzione possono essere riparati con semplicità mediante la saldatura laser a riporto con materiale additivo. In questo modo il pezzo o l'utensile torna pienamente utilizzabile. Non si risparmia così soltanto il tempo da dedicare a eventuali acquisti e forniture, ma anche denaro. Quando si tratta di materiali costosi, come particolari leghe a base di nickel, risulta infatti più redditizio riparare un componente, piuttosto che acquistarne uno nuovo. Si possono inoltre realizzare modifiche al design del componente. Rispetto a procedimenti alternativi, come ad esempio il patching, dove sui punti difettosi vengono applicate piastre metalliche, o la saldatura a plasma ad arco trasferito o ancora la classica saldatura WIG/TIG, la LMD produce basse sollecitazioni termiche ed è molto precisa; infine assicura un'eccellente riproducibilità.

Saldare con materiale additivo: addio alle fessure

La saldatura laser a riporto con materiale additivo è idonea anche come procedimento di giunzione per la saldatura di componenti non ottimizzati per la saldatura laser. La LMD infatti permette di coprire fessure grandi e di saldare perfettamente componenti anche senza dispendiosi interventi preliminari. Con la saldatura laser a riporto si generano saldature omogenee e dense, che di regola non richiedono lavorazione di rifinitura. L'alimentazione coassiale della polvere permette inoltre di lavorare le giunzioni in tre dimensioni, a prescindere dalla direzione, diversamente da quanto sia possibile con la saldatura a filo. Con la LMD si possono anche combinare materiali diversi, come acciaio e alluminio fuso, ad esempio per assemblare batterie per motori elettrici.

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