Sistema de calentamiento controlado para composites termoestables basado en tecnología láser

Participantes:

EUSKABEA

Programa:

Hazitk Estratégico

Sectores:

Aeronáutico-Aeroespacial

Automatización

Calderería y transformados metálicos

Energías renovables

Tecnologías:

Control y Robótica

Materiales

Soldadura Láser

Objetivo

Sectores como la automoción, el ferroviario, el naval y la arquitectura demandan cada vez más estructuras personalizadas, pero la forma, el gran tamaño y las necesidades estructurales de sus productos hacen que las tecnologías y materiales actuales no permitan ser fabricados por procesos de fabricación aditiva.
Para responder a este reto, se plantea el desarrollo de materiales avanzados basados en composites termoestables para este tipo de procesos de fabricación aditiva, que ya son utilizados actualmente por los sectores aeronáuticos, de la automoción o la industria naval. Se deberá lograr el pegado de las sucesivas capas aplicadas o la adhesión layer-by-layer, lo que se logra con un curado, que en fabricación de grandes piezas requerirá de un calentamiento capaz de activar y acelerar ese proceso de forma eficiente y efectiva.

Solución

Para conseguir este objetivo LORTEK y EUSKABEA desarrollan un sistema de calentamiento controlado para composites termoestables basado en tecnología láser. La radicación láser es capaz de excitar el material compuesto y calentarlo de forma selectiva, acelerando el proceso de curado. Este proceso calentamiento-curado dependerá de la potencia láser aplicada, por lo que es necesario medir la temperatura alcanzada por el material y controlar, en consecuencia, la potencia suministrada por el láser.
Con estas premisas, se ha diseñado e integrado un sistema basado un cabezal láser de diodo de línea (21 mm de ancho x 5 mm de largo) emitiendo a 808 nm (longitud de onda de alta eficiencia absortiva en composites termoestables) con una potencia de salida variable (MAX. 400 W) que permite el calentamiento eficiente a altas velocidades de fabricación (3000 mm/min). La monitorización y medición de la temperatura alcanzada por el composite se realiza por medio de una cámara termográfica infrarroja (7.5 … 13 µm), de alta precisión (160 x 120 px) y velocidad de adquisición (128 Hz) con rango de medición adaptable (-20 … + 100 °C / 0 … + 250 °C) que integra además una pequeña cámara visible que permite evaluar fenómeno del proceso identificables por técnicas de visión artificial.
El sistema ha conseguido resultados exitosos en el calentamiento eficiente de cordones de 1 y 2 mm de espesor con velocidades de trabajo cercanas a las reales (2000 mm/min) con potencias láser medias (200 W), lo que indica márgenes de mejora en la performance global del sistema.
Más allá de las aplicaciones para materiales plásticos termoestables, este sistema de calentamiento controlado tiene gran potencial para otro tipo de aplicaciones, como puede ser la termografía activa para metales, donde es necesaria una fuente de excitación externa que caliente el material de forma controlada a una determinada temperatura.