Expandindo os Limites da Manufatura Inteligente: Avanços e Aplicações da Tecnologia CML Hybrid Multi-Laser Coaxial Composta na Fabricação de Componentes de Liga de Titânio

As ligas de titânio, com sua alta resistência, baixa densidade, resistência à corrosão e biocompatibilidade, tornaram-se um material popular em áreas como equipamentos de alta tecnologia e a indústria 3C. No entanto, os processos tradicionais de fabricação (como forjamento e fundição) enfrentam desafios como dificuldade na formação de estruturas complexas, baixa utilização de material e custos elevados. A tecnologia híbrida CML Hybrid da Enigma, de múltiplos lasers coaxiais combinados, permite o processamento composto quatro-em-um, incluindo composição de lasers de múltiplos comprimentos de onda, laser-arco combinado, arame-pó combinado e gás protetor combinado. Essa tecnologia é adequada para materiais de gradiente de composição variável, fabricação aditiva com ligas produzidas in situ, preparação de materiais de alto rendimento e controle de microestrutura — direções de pesquisa essenciais na tecnologia DED. Além disso, atende aos requisitos de aplicações práticas da tecnologia DED para melhorar a compatibilidade dos materiais aditivos, a eficiência da fabricação aditiva, a precisão, o desempenho e a complexidade das peças. A aplicação dessa tecnologia está revolucionando a produção de componentes de liga de titânio, oferecendo uma nova solução para cenários de aplicação de alta precisão e alto desempenho.

Princípios técnicos

Composto coaxial a laser de múltiplos comprimentos de onda: Utilizando seis módulos a laser independentemente controláveis, esta tecnologia alcança um composto coaxial a laser de múltiplos comprimentos de onda, melhorando significativamente a taxa de absorção do laser por materiais altamente reflexivos, como ligas de titânio.

Composto coaxial laser-arco: Fontes de calor combinadas laser-arco com controle independente são utilizadas em conjunto, alternando entre dois processos. A energia do arco e a energia do laser são ajustadas dinamicamente em tempo real para formar um efeito sinérgico de "pré-aquecimento a laser-revestimento a arco", melhorando a velocidade e precisão da fabricação aditiva de materiais.

Composto coaxial de filamento e pó: Permite alimentação simultânea de filamento e pó de liga de titânio, possibilitando impressão com materiais graduais.

Vantagens da Tecnologia CML Híbrida de Composto Coaxial Multi-Laser na Fabricação de Liga de Titânio

Em termos de propriedades físicas, como tenacidade à fratura, os corpos de prova da liga de titânio TC11 produzidos por meio de manufatura aditiva a laser são significativamente superiores aos produzidos por métodos tradicionais de forjamento.

Ao comparar o desempenho dos corpos de prova da liga de titânio TC11 produzidos por meio de manufatura aditiva a laser e métodos de forjamento sob condições de temperatura ambiente: em termos de resistência, os corpos de prova produzidos por manufatura aditiva a laser apresentam anisotropia, mas são comparáveis aos corpos de prova forjados. Em termos de tenacidade à fratura, os corpos de prova fabricados por manufatura aditiva a laser exibem tenacidade à fratura significativamente maior do que os corpos de prova forjados. Além disso, a tenacidade à fratura dos corpos de prova produzidos pelo processo de alimentação de arame é 17% maior do que a daqueles produzidos pelo processo de alimentação de pó.

Em termos de eficiência de conformação e utilização de material, a tecnologia de alimentação a arame a laser é superior à tecnologia de alimentação a pó a laser.

A eficiência de fabricação aditiva por alimentação a arame com laser é ≥1 kg/h, enquanto que a alimentação por pó apresenta 0,6 kg/h. Nas mesmas condições de potência a laser, a eficiência de deposição da alimentação a arame é aproximadamente 40% maior do que a da alimentação por pó. Além disso, a taxa de utilização do material no processo de alimentação a arame é de aproximadamente 100%, enquanto que no processo de alimentação por pó é de cerca de 60%. O processo de alimentação a arame alcança uma taxa de utilização do material 40% maior em comparação ao processo de alimentação por pó.

Bloco de teste do processo de alimentação a arame

Bloco de teste de deposição por pó

A qualidade geral das amostras produzidas utilizando a tecnologia híbrida CML Hybrid de feixe múltiplo coaxial composto atende aos requisitos padrão.

O erro de espessura da parede dos corpos de prova de liga de titânio TC11 fabricados utilizando tecnologia a laser com alimentação de arame está dentro de ±0,3 mm, com defeitos internos atendendo ao nível AAA do teste ultrassônico para forjados, e propriedades mecânicas satisfazendo os requisitos para componentes.

Além disso, o uso da tecnologia de manufatura aditiva para produzir componentes de liga de titânio oferece vantagens como projeto leve, alta eficiência e alta precisão.

A Enigma oferece um conjunto completo de soluções para componentes de liga de titânio em diversas indústrias, incluindo construção naval, comunicações 3C e automotiva, desde o desenvolvimento do processo de materiais até a produção em massa. A tecnologia híbrida CML Hybrid, de composição coaxial multi-laser, supera os desafios de precisão, eficiência e custo na fabricação aditiva de ligas de titânio por meio da inovação sinérgica de diferentes processos, tornando-se um "disruptor" no campo da manufatura de alta tecnologia e injetando novo impulso à fabricação industrial em diversos setores.