Deposición de metal por láser

La técnica LMD más sencilla consiste en la colocación previa de polvos. Se deposita un polvo sobre la superficie o el sustrato, y se escanea o barre sobre él un láser enfocado, lo que provoca que el polvo se funda y se fusione con el sustrato. Normalmente, se utiliza un gas inerte de protección para reducir la oxidación en la zona de fusión. Este proceso es similar a la fusión selectiva por láser , que consiste en un proceso sistemático capa a capa para construir un objeto mediante fusión selectiva por láser dentro de un lecho de polvo.

En la deposición láser de polvo convencional, se utiliza una o varias boquillas de polvo junto con una fuente láser focalizada. El láser se enfoca sobre el sustrato para formar un baño de fusión. Simultáneamente, el polvo se pulveriza desde la boquilla en forma de chorro, dirigiendo el material hacia el baño de fusión, donde se funde. A medida que la fuente láser se aleja, el baño de fusión lo sigue, solidificándose el material en la ubicación anterior. Este proceso se suele realizar mediante un cabezal de revestimiento láser , que integra las boquillas de polvo y la óptica láser en un solo conjunto, con ambos enfocados en un único punto objetivo. El tamaño y el área del baño de fusión y del chorro de polvo pueden variar considerablemente, y pueden adoptar configuraciones puntuales o lineales, según la aplicación. En la deposición láser de polvo, se suele utilizar un gas de protección para minimizar la oxidación. El gas portador utilizado para suministrar el polvo también suele ser un gas de protección. El proceso LMD se puede utilizar de muchas maneras, como escaneando una superficie amplia para construir un recubrimiento delgado ( < 1 mm ) (normalmente llamado revestimiento láser ^{[ 6 ] [ 7 ]} ) o rasterizando un área particular como un proceso de fabricación aditiva para construir objetos en 3D capa por capa (a veces denominado deposición de energía dirigida ).

La LMD de alta velocidad (también conocida como EHLA ^{[ 8 ]} ) se diferencia de la LMD convencional en el punto focal del láser y en la velocidad del proceso de revestimiento. En la LMD de alta velocidad, el punto focal se encuentra sobre el sustrato. ^{[ 9 ] [ 10 ]} A medida que el polvo se pulveriza a través del punto focal, la mayor parte de la energía del láser es absorbida por el polvo, donde se funde en vuelo. Esto da como resultado que el polvo fundido impacte el sustrato, donde el calor se transfiere del polvo al sustrato. Esto generalmente resulta en una menor porción de energía térmica transferida al sustrato y, como resultado, la LMD de alta velocidad produce un depósito de cordón de soldadura más delgado (típicamente < 0,5 mm por pasada ^{[ 11 ]} ) con menor dilución y una zona afectada por el calor más delgada en comparación con la LMD convencional. ^{[ 12 ]} La velocidad de deposición (la velocidad del punto de fusión en la superficie del sustrato) es típicamente al menos 10 veces mayor que la velocidad de la LMD convencional, y la tasa de solidificación del material también es más rápida. ^{[ 5 ]} El efecto típico de estas diferencias, en comparación con la LMD convencional, es un depósito con un acabado superficial más liso, una microestructura de grano más fino, ^{[ 13 ]} una mayor resistencia a la corrosión, ^{[ 14 ]} y una mayor dureza. ^{[ 15 ]} Tanto los recubrimientos 2D como la fabricación aditiva 3D también son posibles utilizando LMD de alta velocidad. ^{[ 16 ]}

Meltio comercializa un sistema DED de láser de hilo con un cabezal de deposición multiláser coaxial que permite la deposición omnidireccional. Sus sistemas utilizan hilo de soldadura disponible comercialmente (0,8–1,2 mm de diámetro) como materia prima y están disponibles en configuraciones de láser azul (450 nm) e infrarrojo (976 nm). Esta tecnología ha sido adoptada por las fuerzas de defensa de Estados Unidos , Francia , España y Corea del Sur . ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

De forma similar a los procesos de soldadura , la LMD se puede realizar utilizando un alambre metálico como materia prima. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Esto puede ser una ventaja que evita el costo y el esfuerzo necesarios para producir un polvo de materia prima .

La LMD supersónica se diferencia de otros procesos LMD en que el láser no se utiliza para fundir materiales. En cambio, se trata principalmente de un proceso de pulverización en frío modificado , un tipo de deposición en estado sólido que implica la deposición mediante un chorro supersónico de polvo. En la LMD supersónica, se utiliza un láser para precalentar el sustrato y el flujo de polvo, con el fin de ablandar estos materiales. ^{[ 20 ]} Al evitar la fusión y operar a una temperatura más baja, se reduce la probabilidad de oxidación de la materia prima y del sustrato. ^{[ 21 ]}