Em geral, o termo "on-the-fly" refere-se à execução de tarefas de forma dinâmica e em tempo real, sem parar ou interromper o processo geral. No mundo da fabricação automatizada, a soldagem a laser on-the-fly incorpora esse conceito, permitindo a soldagem contínua enquanto a peça de trabalho ou o cabeçote de soldagem permanece em movimento.
Como os setores continuam a buscar uma produção mais rápida e inteligente, esse método de soldagem está ganhando força em ambientes de fabricação avançados. Este artigo explicará o que é a soldagem a laser em tempo real, como ela funciona e os principais benefícios que oferece aos fabricantes.
O que é a soldagem a laser On-the-Fly (OTF)?
A soldagem on-the-fly (OTF), também chamada de soldagem on-the-fly e, às vezes, soldagem por scanner, é um processo automatizado de soldagem a laser que usa um sistema de escaneamento a laser para fazer soldas enquanto o cabeçote do processo de soldagem ou os componentes-alvo estão em movimento contínuo.
É necessário examinar primeiro outros métodos comuns de soldagem a laser automatizada para entender o princípio básico da soldagem em tempo real. Esses métodos podem ser considerados como abordagens de "parar e começar" para a soldagem a laser.
Alta velocidade: soldagem a laser de parada e início com um cabeçote de soldagem fixo
O método mais simples e mais comum de soldagem a laser, os cabeçotes de soldagem a laser fixos direcionam o feixe para uma posição estacionária diretamente abaixo do sistema óptico. Há algumas exceções, principalmente para cabeçotes de soldagem projetados para "soldagem oscilante", que usam um pequeno campo de visão para criar padrões de costura de solda.
Para fazer soldas maiores que o tamanho do ponto do feixe ou para fazer uma série de soldas individuais, é necessário mover o cabeçote de soldagem fixo ou as peças que estão sendo soldadas. A primeira opção é mais comum, pois é fácil de ser realizada.
Maior velocidade: soldagem a laser de parada e início com um cabeçote de escaneamento
Também conhecidos como scanners e cabeçotes de varredura galvânica, os cabeçotes de varredura a laser usam um galvanômetro para desviar os feixes de laser por meio da rotação de uma série de espelhos cuidadosamente posicionados. Esse design permite que o feixe seja guiado ou "escaneado" em um amplo campo de visão. Isso permite que a óptica de escaneamento crie costuras longas, padrões de solda complexos e muitas soldas individuais enquanto o cabeçote de escaneamento e as peças permanecem estacionários.
A soldagem com scanner é comumente usada em aplicações avançadas e de alto rendimento, como a soldagem de baterias. Porém, embora a soldagem com um cabeçote de escaneamento reduza a frequência com que um sistema precisa parar, ela não elimina totalmente a necessidade. Além disso, a soldagem nas bordas do campo de visão de um cabeçote de escaneamento causa distorções sutis no foco do feixe, o que pode causar problemas em aplicações de alta precisão com janelas de processo apertadas.
Os desafios enfrentados nas bordas do campo de visão podem ser reduzidos com o uso de apenas uma pequena parte do campo do scanner. Isso cria um ponto mais uniforme, mas exige o reposicionamento do scanner com mais frequência para cobrir a área de soldagem. O reposicionamento do scanner é um processo relativamente lento que reduz significativamente o rendimento geral.
A mais alta velocidade: Soldagem em tempo real com um cabeçote de escaneamento
Felizmente, o poder da digitalização a laser pode ser ainda mais aprimorado para permitir a criação de padrões de solda complexos enquanto a óptica está em movimento ou as peças se movem sob ela. Esse método reduz bastante a frequência com que o sistema precisa parar.
Ao usar um cabeçote de escaneamento a laser para soldagem em tempo real, normalmente apenas uma parte estreita do campo de visão é utilizada. Em outras palavras, a óptica é mantida, em sua maior parte, diretamente acima do alvo de soldagem, mesmo quando os elementos do sistema estão em movimento. Isso praticamente elimina as distorções nas características do ponto de laser causadas pelo direcionamento do feixe para as bordas do campo de visão do scanner.
Como a soldagem em tempo real ajusta dinamicamente o foco e a trajetória do feixe de laser, esse método também permite considerar automaticamente as variações de altura da peça e as geometrias tridimensionais da peça sem alterar a distância relativa do cabeçote de escaneamento em relação à peça.
Como funciona a soldagem em tempo real
Ao soldar enquanto o scanner ou as peças estão em movimento, o padrão de feixe criado pela óptica precisa compensar esse movimento. Isso requer uma integração íntima dos componentes do sistema.
Para aplicações de alta precisão e alto rendimento, como a soldagem de baterias, uma combinação de pórtico e scanner geralmente é ideal. Nesse exemplo, o controlador do scanner rastreia a posição e a velocidade do scanner e compensa a trajetória do feixe para criar a forma correta de solda no local exato. Enquanto as técnicas tradicionais de soldagem com scanner têm a tarefa comparativamente simples de "desenhar" a forma desejada a partir de uma posição fixa, a soldagem em tempo real deve guiar o feixe ao longo de um caminho diferente da solda final com base em cálculos em tempo real.
Para ilustrar esse conceito, considere uma costura de solda circular, um formato bastante comum em aplicações de soldagem por scanner. Como mostrado à esquerda na figura acima, o software do scanner guia o feixe para criar uma forma de loop. A solda final resultante, mostrada à direita, é o círculo perfeito desejado.
Os detalhes de como os caminhos e as velocidades dos feixes são calculados dependem de vários fatores, como velocidade, trajetória e o formato desejado da solda final. O tipo de movimento - gantry, robótico ou transportador - também é importante.
Benefícios da soldagem em tempo real
Aumento da eficiência e da produtividade: Ao reduzir drasticamente o número necessário de partidas e paradas, a soldagem on-the-fly elimina efetivamente os intervalos não produtivos que, de outra forma, seriam dedicados à mudança de posição das peças ou da óptica. Para linhas de produção que precisam soldar grandes volumes de peças individuais, fazer muitas soldas na mesma peça ou fazer muitas soldas longas e contínuas, normalmente é possível multiplicar a produtividade várias vezes com a soldagem on-the-fly.
Precisão e confiabilidade aprimoradas: a soldagem on-the-fly calcula e ajusta continuamente os parâmetros de soldagem para levar em conta o movimento contínuo. Como resultado, o feixe de laser é direcionado com precisão, mantendo as propriedades ideais do feixe. Além disso, como o cabeçote de escaneamento usa um campo de visão limitado, os resultados da soldagem são mais consistentes e previsíveis, facilitando a permanência em janelas de processo estreitas.
Flexibilidade: a soldagem on-the-fly pode ser usada enquanto o cabeçote de escaneamento está em movimento em aplicações em que muitas soldas individuais devem ser feitas em uma peça grande, como na soldagem de barramentos de bateria. A soldagem OTF também pode ser usada enquanto o cabeçote de escaneamento permanece estacionário e muitas peças menores são movidas por baixo, como para soldar células de bateria individuais que se deslocam ao longo de um transportador rotativo.
Além disso, a soldagem em tempo real funciona com o movimento do pórtico de 3 eixos e do sistema cartesiano, bem como com o movimento do sistema robótico.
Compatibilidade com outras tecnologias de soldagem a laser: a soldagem on-the-fly pode ser usada com outras tecnologias benéficas de soldagem a laser que alteram as características do feixe e monitoram o processo de soldagem.
Por exemplo, a soldagem on-the-fly é compatível com lasers de feixe duplo que melhoram a qualidade da solda e reduzem os respingos. A soldagem OTF também pode ser integrada à medição direta da solda a laser em tempo real, uma forma de monitoramento do processo que ajuda os fabricantes a rastrear as principais características da solda, como a profundidade da solda.
Os recursos atuais da soldagem em tempo real
A tecnologia de soldagem em tempo real é oferecida por um número limitado de fornecedores de tecnologia a laser. Os cálculos e a programação avançados que potencializam a soldagem on-the-fly significam que, embora sejam poderosos, os recursos e a funcionalidade exatos são bem guardados.
No caso da tecnologia de soldagem em tempo real desenvolvida pela IPG Photonics, foram demonstradas velocidades de soldagem de até 1.000 soldas por minuto, mesmo ao soldar padrões de solda mais complexos, como espirais.
A tecnologia de soldagem instantânea do IPG também é compatível de forma exclusiva com os lasers AMB de feixe duplo de modo único e com a medição de solda em tempo real LDD (patente pendente).
Quais setores e aplicações se beneficiam da soldagem em tempo real?
A soldagem em tempo real é uma tecnologia relativamente nova, mas oferece benefícios significativos de produtividade, qualidade e confiabilidade para diversos setores e aplicações.
Soldagem de EV e baterias: utilizada por alguns dos maiores fabricantes de veículos elétricos do mundo, a soldagem OTF é uma combinação natural para os requisitos extremamente exigentes de produtividade e precisão do setor de mobilidade elétrica e baterias.
A soldagem em tempo real, especialmente em conjunto com as tecnologias de medição de solda em tempo real e de feixe duplo, é um método de soldagem poderoso para aplicações como a soldagem de célula de bateria para barramento, soldagem de tampa para lata de células de bateria, soldagem de placa fria de bateria e soldagem de placa bipolar para células de combustível.
Automotivo: embora esteja relacionado ao setor de EV, o setor automotivo como um todo também se beneficia dos recursos de produção aprimorados oferecidos pela soldagem on-the-fly. A soldagem OTF é adequada para a soldagem de corpo em branco de componentes de chapa metálica. A soldagem OTF também é promissora para a soldagem de várias outras peças automotivas usadas em motores e transmissões de veículos.
Aeroespacial: muitos dos mesmos benefícios que a soldagem OTF oferece podem ser aplicados à ampla variedade de soldas exigidas no setor aeroespacial. Da mesma forma que o setor de mobilidade eletrônica, o setor aeroespacial geralmente exige alta produtividade e alta precisão.
Fabricação em geral: como um método de soldagem flexível usado tanto para microssoldagem quanto para soldagem estrutural, a soldagem on-the-fly é adequada para muitas aplicações gerais que se beneficiam do aumento da produtividade.
Primeiros passos com a soldagem em tempo real
A tecnologia de soldagem on-the-fly da IPG é um componente essencial usado em soluções de soldagem a laser de alta produtividade. Interessado em saber mais sobre como a soldagem on-the-fly pode beneficiar sua aplicação?
Começar é fácil - envie-nos algumas peças de amostra, visite um de nossos laboratórios de aplicação global ou simplesmente conte-nos sobre sua aplicação.
