레이저 칼라가 아크를 길들이는 경우: 새로운 시스템은 금속 차폐 가스 용접과 레이저 재료 증착을 통합합니다.

2022년 8월 30일

작성자: Petra Nolis, Fraunhofer 레이저 기술 연구소 ILT

가장 순수한 형태의 하이브리드 기술의 예는 DVS 연구 프로젝트 KoaxHybrid를 위해 Fraunhofer ILT에 의해 개발 및 구축되었습니다. 아헨(Aachen)에서 연구소 엔지니어들은 금속 차폐 가스(MSG) 용접과 레이저 재료 증착을 환형 빔으로 통합하는 아크 토치와 유리 기판을 갖춘 새로운 광학 시스템을 개발하여 완전히 새로운 프로세스를 만들었습니다. 관심 있는 분들은 DVS(Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V. 9월 19일부터 21일까지 코블렌츠에서.

새로운 공정은 와이어 모양의 충전재를 사용하는 두 가지 적층 공정이라는 두 분야의 장점을 결합합니다. 우리는 와이어 아크 적층 제조(WAAM)와 와이어 레이저 재료 증착(WLMD)에 대해 이야기하고 있습니다. 두 프로세스 모두 시스템 관련 장단점이 있습니다. WAAM에 비해 WLMD는 비용이 많이 들고 증착 속도가 낮지만 열 입력이 낮고 원하는 위치에 정확하게 레이어가 형성되는 것이 특징입니다. 이러한 이유로 항공우주 산업에서 특히 수요가 높습니다. 더 높은 적용률이 필요한 경우 WAAM이 더 나은 선택입니다. 그러면 달성 가능한 표면이 더 물결 모양이고 레이어 축적이 훨씬 더 거칠어집니다.

접합에서는 레이저 빔 용접과 가스 금속 아크 용접의 조합이 LB-GMA 하이브리드 용접이라는 이름으로 확립되었습니다. 그러나 이 측면 프로세스는 방향에 따라 다르며 3차원 솔기를 결합하는 데 제한된 범위에만 적합합니다.

공정을 동축으로 결합하면 증착 속도를 최대 150%까지 높일 수 있어 방향에 독립적인 새로운 3D 프린팅 공정을 대형 부품에도 사용할 수 있습니다. Fraunhofer ILT의 연구원인 Max Fabian Steiner는 "표면 굴곡이 감소하기 때문에 WAAM 공정에 비해 필요한 후처리량이 크게 줄어듭니다."라고 설명합니다.

와이어 아크 적층 제조는 필요한 시스템 기술을 저렴하게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 대부분의 금속 재료를 처리할 수 있기 때문에 확립되고 견고한 프로세스입니다. Steiner는 그 단점을 다음과 같이 설명합니다. "호는 레이저 빔만큼 정밀하게 초점을 맞출 수 없습니다. 레이저처럼 미세하고 정밀한 트랙을 생성하는 데 사용할 수 없습니다."

연구소 동료인 Jana Kelbassa와 함께 Steiner는 이에 대한 대책으로 유리 기판을 갖춘 특수 수냉식 광학 시스템과 고출력 용접 및 적층 가공을 위한 수냉식 아크 토치를 개발 및 제작했습니다. 새로운 광학 시스템에서는 두 가지 에너지원이 중첩되고 두 가지 개별 프로세스의 장점이 수익성 있게 결합됩니다.

하이브리드 공정에서는 와이어 끝과 기판 사이의 호가 고리형 레이저 방사선에 의해 마치 칼라처럼 둘러싸입니다. 이 조합의 기본 아이디어는 호가 이 칼라에서 벗어날 수 없으며 강제로 유도된다는 것입니다. 새로운 프로세스의 이름인 COLLAR Hybrid는 이러한 "강제 지침"에서 유래되었으며, COLLAR라는 약어는 두 프로세스의 공통 동축 레이저 아크를 나타냅니다.

Fraunhofer ILT는 환형 레이저 빔 및 아크 기술을 이용한 금속 3D 프린팅을 더욱 발전시키기 위해 새로운 시스템 기술을 사용하고 있으며, RWTH 아헨 대학교 용접 및 접합 연구소(ISF)는 이를 사용하여 링 초점을 갖춘 방향 독립적인 하이브리드 용접을 개발하고 있습니다. 동축 와이어 공급. 두 사용 사례 모두 DVS 연구 프로젝트 KoaxHybrid의 일부입니다.