REVISTA DE INGENIERIA DYNA

Para que esta técnica se desarrolle de forma óptima, es necesaria una alta precisión y una integridad estructural robusta para garantizar productos “cero defectos”.

En este sentido, uno de los principales retos que presenta la fabricación aditiva de componentes metálicos de alta responsabilidad es asegurar la integridad estructural de los mismos, ya que están sometidos durante su vida en servicio a cargas de fatiga, en ocasiones en condiciones agresivas que implican altas temperaturas, corrosión, etc.

Para avanzar en la certificación de dichos componentes, es necesario un conocimiento exhaustivo, tanto de los medios de producción como de los materiales, ya que el rendimiento último de los componentes depende de la interacción de ambos.

El proyecto ASSALA, colaboración entre el centro tecnológico Tekniker, miembro de Basque Research and Technology Alliance (BRTA) y la escuela de ingeniería ENSAM (Francia) en el marco del programa europeo Clean Sky, se centra en el proceso de deposición láser de hilo metálico mediante brazo robótico, para su aplicación al sector aeronáutico y, en particular, en componentes de titanio (aleación Ti6Al4V).

En el marco de este proyecto, Tekniker y la escuela de ingeniería ENSAM desarrollan herramientas digitales en un flujo de trabajo cuyos principales hitos son:

1. El modelado, calibración y verificación del brazo robótico, en configuración tanto estática como dinámica. El objetivo de esta tarea, de la que se encarga Tekniker, es triple:

• Caracterizar los parámetros cinemáticos y dinámicos del robot mediante el desarrollo de procedimientos de medida para actualizar los modelos y la precisión en la simulación.
• Mejorar el rendimiento del brazo robótico aplicando los parámetros estimados, de tal manera que la precisión en posicionamiento y trayectoria se acerque a la repetitividad.
• Predecir la posición exacta del Tool Center Point (TCP) en la fase de generación de trayectorias, ya que la desviación respecto a la trayectoria ideal, así como distancia entre la herramienta y el componente, son algunas de las principales fuentes de error en este tipo de procesos. De esta manera es posible conocer y compensar, en la medida de lo posible, puntos críticos de las mismas.

2. Los modelos de proceso, a escala meso y macro, incluyendo defectología (porosidad, grietas, falta de fusión, microestructura, etc.) y distorsiones/tensiones residuales, en cuyo desarrollo trabaja la ENSAM. La aproximación al problema combina modelos basados en físicas junto con datos en una solución híbrida. Al emplear además cálculos offline y modelos reducidos, el tiempo de cálculo se reduce notablemente, de tal manera es posible evaluar, prácticamente en tiempo real, el efecto de los distintos parámetros de proceso y trayectorias de deposición sobre las magnitudes de interés.

3. La integración de ambos modelos en un marco común, junto con una lógica de optimización global, basada en la minimización de la probabilidad de defectos, que llevará a cabo Tekniker.

Hasta el momento (junio 2020), se han desarrollado principalmente los dos primeros puntos del plan de trabajo. En primer lugar, se ha ejecutado la calibración de los parámetros cinemáticos del robot, así como la verificación estática y dinámica del mismo, a través de la Norma ISO 9283 integrada en el software RoboDK. El ajuste de los parámetros cinemáticos exige la captura de una serie de posiciones en el espacio de trabajo con un marco metrológico externo, para lo cual se ha empleado un sistema láser tracker junto con un reflector.

Los resultados muestran una mejora en posicionamiento volumétrico de un orden de magnitud (desde 1 mm a 0.15mm) cuando se compara la respuesta de un robot sin calibrar con uno calibrado (parámetros cinemáticos ajustados). En cuanto a la verificación, tanto estática como dinámica, se emplea la misma tecnología de medición con una estrategia contemplada en la Norma y ejecutada desde el mismo software.

Respecto a la simulación de proceso, se ha avanzado en la implementación de los modelos a escala macro, integrando en la solución tanto los parámetros típicos (potencia, velocidad de desplazamiento, tasa de inyección de masa, etc.) como las trayectorias, parametrizadas de tal manera que reproduzcan los segmentos más típicos empleados en un proceso de fabricación aditiva. El resultado de los cálculos se ha encapsulado en forma de aplicación, en cuya interfaz se puede cambiar cada uno de los parámetros de forma sencilla a través de un slider, y comprobar, de manera inmediata, el efecto del mismo sobre la distorsión. La adjunta ilustra el procedimiento en un componente de tipo cilíndrico.

El proyecto concluye con una demostración de las herramientas desarrolladas en la fabricación de un componente tipo, suministrado por el Topic Manager del proyecto, GKN Aerospace.

AGRADECIMIENTOS

“This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme, under grant agreement No 831857”