Construcțiile moderne ușoare au ajutat deja industria auto și aerospațială să economisească materiale și combustibil și să reducă impactul asupra mediului. Cercetătorii de la Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology (IWS) au găsit recent o modalitate de a transfera aceste principii de proiectare și în alte industrii.
Folosind laserele, ei au sudat structuri cu incinte goale filigranate cu plăci de acoperire, pentru a forma panouri ușoare, tip sandwich. Astfel de structuri metalice pot fi produse deosebit de eficient în procesul roll-to-roll de la Frunhofer IWS. Noua tehnologie asigură viteze mai mari de producţie și o gamă largă de utilizări pentru panourile sandwich. Acest fapt deschide noi perspective construcţiilor ușoare, ca în construcţia suprastructurilor navale, căi ferate și construcţia de fabrici.
Noua metodă de „placare sandwich" pe bază de laser are un potenţial ridicat din punct de vedere tehnologic, economic și ecologic: „Cu această tehnologie, pot fi produse panouri și profile ușoare semnificativ mai rapid și mai profitabil decât cu metode convenționale”, subliniază Andrea BERGER, cercetător la Fraunhofer IWS. „În plus, noul proces elimină necesitatea unor adezivi și a altor materiale suplimentare, ceea ce ușurează reciclarea structurilor ușoare produse cu această tehnologie.”
În locul unor plăci de oţel grele, cu grosime de câţiva centimetri, mulţi constructori de structuri ușoare folosesc adesea plăci stratificate. În ciuda greutăţii lor semnificativ mai mică în comparaţie cu oţelul solid, acestea sunt suficient de rezistente pentru pereţi despărţitori și plafoane la vehicule, avioane sau hale. Aceste panouri și profiluri stratificate sunt formate din structuri cu incinte goale de tip fagure de miere, trapezoidale, reţea sau sferice. Materialele obișnuite de pornire sunt din oţel, aluminiu, plastic sau alte materiale. Pe aceste structuri interne, fabricanţii sudează sau lipesc plăci pe ambele feţe.
Extrudarea clasică își atinge limitele
O provocare pe care o companie producătoare de vagoane a abordat-o cu Fraunhofer IWS la pornirea unui nou proces de roluire cu laser: compania folosea deja profile ușoare de aluminiu pentru tehnologia destinată vehiculelor sale. Cu toate acestea, procesul de extrudare folosit nu a permis realizarea de reţele interne cu grosimi arbitrare. Aproximativ 1,5 mm a constituit limita inferioară tehnologică. Aceasta a fost și încă este contrară dorinţei companiei de a economisi mai mult material și de a obţine o greutate cât mai redusă posibil.
Cercetătorii de la Fraunhofer IWS au rezolvat dilema cu ajutorul unui laminor de sudare cu laser. Prin folosirea acestui sistem, ei au ghidat un strat intermediar flexibil al unei structuri interne foarte ușoare printre două role, peste care rulează o placă de acoperire, deasupra și dedesubt. Laserele controlate de scaner urmăresc oblic, precis, de pe ambele feţe, interstiţiul subţire dintre stratul median și placa de acoperire. Apoi încălzesc suprafeţele metalice cu mare precizie. În funcţie de placa metalică aleasă, au fost generate tempe-raturi locale între 660 și peste 1400 grade. La final, rolele presează ușor suprafeţele topite pe stratul intermediar și placa de acoperire atât de ferm, încât acestea se lipesc permanent.
Procesul care folosește laserul economisește energie și ușurează reciclarea
Astfel de plăci deosebit de ușoare pot fi produse printr-o singură trecere folosind un proces de roluire. În comparaţie cu metodele convenţionale, cum este extrudarea la temperaturi ridicate, sudarea cu laser economisește cantităţi mari de energie, deoarece fasciculul laser cu densitate mare de energie trebuie să topească local suprafeţele meta-lice pentru o grosime similară unei napolitane.
Este adecvată și producţiei de masă cu preţ scăzut. Chiar prototipul de laborator atinge o viteză de producţie ridicată. Dezvoltat la nivel industrial, un astfel de sistem ar putea produce peste zece metri de placă subţire pe minut, estimează Andrea BERGER. În plus, astfel de mașini pot fi rapid transformate pentru noi structuri de plăci sau profile. Presele de extrudare, pe de altă parte, necesită scule diferite pentru fiecare aplicaţie, atunci când beneficiarul comandă un nou model de placă.
Placarea stratificată cu laser poate fi folosită și la producerea unor structuri stabile, care sunt de doar câteva zecimi de mm grosime. Acest fapt atenuează dilema menţionată la fabricarea vagoanelor de cale ferată, de exemplu. Deoarece placarea prin roluire, folosind laserul, permite soluţii constructive ale structurilor ușoare ieftine, realizate din oţel rezistent la temperaturi înalte, astfel de panouri putând fi amplasate în zone tradiţional interzise, până la multe structuri ușoare pentru motive de protecţie contra incendiilor – de exemplu în anumite zone din construcţia navelor.
O utilizare pe scară largă a construcţiilor ușoare diminuează consumul de materiale, poate diminua greutatea vehiculelor, avioanelor și navelor și, astfel, să economisească și combustibil fosil sau electricitate. Un alt beneficiu ecologic rezultă din durata de viaţă a componentelor: panourile stratificate asamblate cu laser nu conţin niciun adeziv sau alte materiale de sudură sau materiale străine care ar necesita o separare laborioasă pe parcursul reciclării.
