CORESPONDENŢĂ DE LA PARIS Laserul, o soluţie industrială inconturnabilă

La începutul lunii mai, în oraşul german Aachen, numeroşi specialişti din lumea întreagă au participat la conferinţa AKL'14. Organizată de Institutul Fraunhofer ILT, conferinţa a trecut în revistă cele mai noi metode şi mijloace care folosesc laserul în diferite domenii industriale. Conferinţa a constituit, de asemenea, o bună ocazie pentru a se analiza situaţia pieţei laserului în lume. O industrie înfloritoare, după cum constată studiul de piaţă efectuat de cabinetul elveţian specializat Optech Consulting (www.optech-consulting.com). Anul trecut, fabricanţii de sisteme laser au înregistrat o cifră de afaceri totală de 10,7 miliarde de dolari, în creştere cu 5% în comparaţie cu anul 2012. Macrosistemele laser utilizate în industrie pentru operaţii de sudură, tăiere şi marcare au totalizat o cifră a vânzărilor de 8,2 miliarde de dolari, în creştere cu 7% în comparaţie cu anul precedent. Restul a fost realizat de microsistemele laser. Creşterea de 5% a pieţii mondiale a laserului în 2013 nu reprezintă, totuşi, decât jumătate din cea înregistrată anual în ultimii zece ani. Explicaţia acestei scăderi trebuie căutată în micşorarea cererii de sisteme laser în regiunea Asia Pacific în cea de a doua jumătate a anului 2013. O regiune care cuprinde ţări ca Japonia, China şi Corea, şi care consumă anual 50% din totalul sistemelor laser utilizate pentru prelucrare în lume. Europa are o pondere de 30% în consumul total de sisteme laser şi în 2013 a fost în creştere cu 10%, în contrast cu scăderea de 8% înregistrată în 2012. Piaţa americană a sistemelor de prelucrare laser a reprezintat 15% din cea mondială în anul 2013, în scădere, după trei ani de creştere accentuată.

Conferinţa de la Aachen a consacrat o mare parte din timp noutăţilor tehnologice din diferitele domenii laser. Fabricaţia aditivă a pieselor aeronautice prin fuziune sau fritaj de pudră metalice a fost unul din subiectele principale. Cea mai interesantă conferinţă a fost cea a lui Mauro Varetti, inginer la subcontractorul aeronautic italian Avio Aero. Reputată în domeniul fabricaţiei aditive, filiala grupului american General Electric a inaugurat, în decembrie 2013, în localitatea Cameri lângă Torino (Italia), o uzină de fabricaţie aditivă aeronautică, prima de acest tip din lume. Ea utilizează aici maşini de fabricaţie directă prin fritaj laser ale constructorului german EOS şi maşini de fuziune metalică EBM (electronic beam melting sau fuziune cu raze electronice) ale constructorului suedez Arcam. "Am trecut în câţiva ani de la fabricarea aditivă de prototipuri la producţia în serie a pieselor aeronautice", precizează Mauro Varetti, adăugând: "Filiala noastră de fabricaţie aditivă, care se numeşte Avio PROP, dispune la Cameri de o uzină cu o suprafaţă de 12.000 m2 care poate fi dublată pentru a adăposti un total de 60 maşini de fabricaţie aditivă". Pentru moment, uzina utilizează şapte maşini Arcam şi aşteptăm livrarea a încă patru echipamente de acest tip. Zece angajaţi lucrează în această unitate de producţie care cuprinde un centru de formaţie şi un laborator chimic. Un sistem de atomizare a gazului a fost instalat, ceea ce va permite, începând cu anul viitor, fabricarea pudrei metalice şi, astfel, se reduc costurile de producţie. Preţul pudrei metalice este în continuă creştere şi uneori, aprovizionarea sa este dificilă. Uzina dispune de o centrală electrică de 1,6 MW, de o instalaţie de răcire a apei, de compresoare şi producţia se desfăşoară într-o atmosferă controlată.

Una din dificultăţile întâlnite de Avio PROP a fost controlul acestor maşini fabricate de constructori diferiţi. Specialiştii italieni au pus deci la punct un sistem de control care are la bază softul Streamics al societăţii belgiene Materialise şi este capabil să piloteze diferite maşini de fabricaţie aditivă metalică, existente pe piaţă, cum ar fi cele ale EOS, Arcam, Control Laser, SLM, Phoenix Systemes (3D System). "Procesul de fabricaţie pe care l-am pus la punct este standard şi automatizat pentru toate echipamentele", explică Mauro Varetti. "Toţi parametrii de fabricaţie sunt predefiniţi şi piesele sunt reperate cu un sistem de identificare cu cod de bare. Trasabilitatea lor este astfel totală şi putem să edităm un raport de fabricaţie complet pentru fiecare piesă, ceea ce corespunde normelor impuse în aeronautică. Sistemul de producţie din uzină este de tipul plug & play: fiecare maşină nouă poate fi conectată fără nicio dificultate şi este recunoscută imediat de sistemul de control".

Laboratorul chimic de care dispune această unitate de producţie unică în lume analizează pudra utilizată, pentru a identifica domeniile de aplicare cele mai potrivite. Cantităţile şi calităţile utilizate sunt înregistrate într-o bază de date. "Această bază ne permite să controlăm diferiţi parametrii, cum ar fi porozitatea sau contaminarea pieselor fabricate; să verificăm nivelul de adaptare al materialelor utilizate la fabricarea microstructurilor; să detectăm defectele şi cauzele lor...", precizează specialistul.

Pentru inginerul italian, cele două tipuri de echipamente folosite (fritaj laser şi fuziune cu raze electronice) sunt complementare. "Trebuie folosit cel care este cel mai adaptat aplicaţiei», indică Mauro Varetti. Maşinile de fritaj laser fabrică piese mai precise decât cele EBM, dar acestea din urmă sunt mai productive şi producţia este mai puţin costisitoare".

Uzina italiană va produce piese aeronautice în serie mare. "Injectoarele pentru motoarele de avion vor fi fabricate aici în serii de 40.000 de unităţi/an începând cu anul 2020 şi se vor folosi pentru aceasta o sută de maşini de fabricaţie aditivă", estimează inginerul italian. De asemenea, lamele pentru turbine vor fi produse, în serii de mai mult zeci de mii de unităţi pe an.

"Avantajele pe care le permite acest tip de producţie în comparaţie cu procedeul clasic (topitorie) sunt multiple", încheie specialistul. Astfel, pentru fabricaţia aditivă a unei palete de turbină pentru motorul de avion nu este nevoie decât de 1,5 kg de materie brută pentru a ajunge la o piesă finită de 1 kg, în timp ce pentru procedeul de topitorie este nevoie de 4 kg de materie brută. Economia de materie şi de energie este importantă. Fără să vorbim de faptul că fabricaţia aditivă este mult mai rapidă decât cea prin topitorie.