Makino y Fraunhofer ILT amplían las posibilidades de la fabricación aditiva

Makino y el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT están utilizando EHLA y EHLA3D para redefinir los límites de la fabricación aditiva. Mediante la integración de EHLA3D en una plataforma CNC de cinco ejes, han desarrollado un proceso que puede producir, revestir o reparar eficientemente geometrías complejas con materiales de alta resistencia. Resultado de la colaboración: tiempos de producción más cortos y mayor vida útil de los componentes en industrias críticas, al tiempo que se sientan las bases para la innovación futura en la economía circular.

La tecnología láser desempeña un papel central en el sector manufacturero, especialmente en el campo de la fabricación aditiva. En este contexto, el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT y Makino, fabricante mundial de máquinas-herramienta con sede en Japón, se aventuraron a realizar un emocionante avance tecnológico: querían transferir el revestimiento láser de alta velocidad extrema EHLA a una plataforma CNC de cinco ejes. Para ello, sin embargo, había que desarrollar una cinemática que permitiera un movimiento rápido y dinámico del cabezal de mecanizado para el proceso EHLA.

Esto permitiría procesar con flexibilidad una amplia gama de formas geométricas y recubrir los componentes con una enorme variedad de materiales. Al principio, los socios del proyecto sólo pensaban en la fabricación aditiva, pero pronto surgió el tema de las reparaciones: “Las reparaciones son muy interesantes”, explica Min-Uh Ko, jefe de grupo de fabricación aditiva y reparación LMD en Fraunhofer ILT. “Hay que sustituir muchos componentes caros, incluso por defectos menores. Un sistema flexible como el de Makino con mesa giratoria e inclinable ofrece buenas opciones de reparación, lo que ahorra costes de nueva producción, evita tiempos de transporte y entrega y minimiza los tiempos de inactividad. Además, el tema de la reparación es el requisito básico para una futura economía circular”.

La tarea de Makino en el proyecto no solo se limitó al hardware CNC, sino también al control del proceso, ya que este tuvo que rediseñarse por completo. El reto consistía en adaptar técnicamente la máquina a altas aceleraciones y optimizar el control del proceso y la cinemática de la máquina para controlar con precisión la interacción entre el rayo láser y el material.

La máquina-herramienta desarrollada por la filial de Makino en Singapur alcanza una velocidad de avance efectiva de hasta 30 metros por minuto, lo que supone un aumento significativo en comparación con los sistemas convencionales. Esta velocidad es especialmente ventajosa cuando se mecanizan componentes grandes y complejos, ya que reduce significativamente el tiempo de producción. Las mejoras técnicas se traducen en una alta calidad constante de los productos finales y una mayor eficacia del proceso de producción, lo que es especialmente importante para los componentes de alta calidad de las industrias aeroespacial y de fabricación de herramientas.

Johannes Finger, director del proyecto de Makino, afirma: “Makino es conocido en todo el mundo por sus sistemas CNC de alta precisión. El paso a la fabricación aditiva, especialmente LMD de alta velocidad, representa una expansión estratégica de la cartera de Makino. La máquina CNC de cinco ejes desarrollada conjuntamente nos permite ahora producir con rapidez y precisión formas geométricas complejas con materiales difíciles de soldar, como aceros de alta resistencia o carburo. Es algo único”.

La optimización conjunta aumenta la eficiencia y la precisión Fraunhofer ILT aportó su amplia experiencia en el campo de los procesos de fabricación basados en láser y aportó al proyecto su completa infraestructura y sus instalaciones de laboratorio especializadas. Gracias a sus décadas de experiencia en el desarrollo de procesos y componentes para LMD, el instituto contribuyó de forma decisiva a optimizar los parámetros del proceso para procesar diversos materiales y, en última instancia, transferir la nueva tecnología al cliente piloto industrial toolcraft AG. Esto incluyó el ajuste de los parámetros del láser, la puesta a punto de la alimentación de polvo y la optimización del control de movimiento de la máquina CNC.

“La optimización de la entrada de calor es un aspecto crítico del proceso EHLA3D”, explica el prestigioso experto en materiales Min-Uh Ko. “La velocidad de alimentación y el chorro de gas en polvo desempeñan un papel crucial en el control del calor que se introduce en el material. Ajustando la velocidad de alimentación y los flujos de masa de polvo, podemos controlar con precisión la entrada de calor, reducir la zona afectada por el calor y garantizar una calidad de recubrimiento uniforme”.

Según Johannes Finger, la alta velocidad de acumulación es un avance significativo. “Utilizando altas velocidades de avance y una alimentación de polvo optimizada, podemos conseguir una eficacia considerablemente mejorada de la aplicación de material con la misma precisión o incluso mayor. De este modo, la tasa de acumulación con HS-LMD puede incrementarse significativamente, lo que mejora la eficiencia global del proceso de producción”.

Uno de los objetivos del proyecto era la reparación y el mantenimiento de piezas de máquinas y herramientas de alta calidad expuestas a grandes cargas durante su funcionamiento normal. Los socios pudieron lograrlo con la tecnología EHLA3D adaptada. Además, la tecnología EHLA3D se utilizó con éxito para recubrir piezas de desgaste, lo que mejora significativamente la vida útil de estos componentes. Al poder aplicar ahora revestimientos resistentes al desgaste de forma precisa y eficaz, EHLA3D se ha convertido en una solución rentable para prolongar la vida útil de componentes de diversos sectores, como la minería y la industria pesada. El hecho de que Makino haya podido aplicar los resultados tan rápidamente en la nueva máquina de mecanizado AML 500 demuestra, por un lado, lo flexibles que son los sistemas CNC del fabricante de máquinas. Por otro, las aplicaciones prácticas también demuestran que la tecnología EHLA3D no es sólo un concepto teórico, sino una tecnología avanzada, robusta y aplicable industrialmente que ofrece ventajas significativas en términos de coste, eficiencia y rendimiento. Así pues, la colaboración entre el cliente industrial y Fraunhofer ILT ha dado lugar a mejoras tangibles en la tecnología de fabricación que van mucho más allá del entorno de laboratorio.