Láseres verdes: el secreto mejor guardado en la fabricación aditiva

Las piezas impresas en 3D ahora están en otro planeta, desplegadas en Marte en el Perseverance Rover. Esto muestra el crecimiento en la forma en que la fabricación aditiva (AM), el otro término para la impresión 3D, se utiliza para producir componentes de exploración espacial, incluidos dispositivos de propulsión y componentes estructurales. Para la propulsión de vehículos de lanzamiento, específicamente motores de cohetes, la ventaja de usar láser AM es grande.

Los beneficios de la FA incluyen la reducción del número total de piezas del motor, la simplificación de los diseños, la impresión de canales de refrigeración con ángulos sobresalientes únicos y un empuje mejorado. Otra ventaja es que tratar con decenas de piezas, en contraste con cientos de piezas, reduce el riesgo de defectos de fabricación. Como resultado del uso de mejores materiales diseñados específicamente para AM, se puede obtener una mayor resistencia y capacidad calorífica, lo que permite una mayor eficiencia del motor. La eficiencia mejorada del motor puede traducirse en lograr una órbita más alta o transportar cargas útiles más grandes.

La fabricación aditiva abre más ventanas de vuelo y, con ellas, un mayor acceso al espacio.

Una innovación particular en AM láser, y probablemente el secreto mejor guardado en la fabricación aditiva, es el despliegue de láseres verdes. El uso de una longitud de onda en el espectro visible de 515 nm (a diferencia del infrarrojo cercano o NIR a 1063 nm), permite que la fabricación aditiva con láser de materiales altamente reflectantes como cobre, aluminio, oro, plata, platino e iridio sea más eficaz y eficiente. En combinación con estos materiales reflectantes, los láseres NIR tienen dificultades para acoplar el haz al metal y pueden provocar pérdidas por reflexión, un charco de fusión inestable, salpicaduras y porosidad resultante en la pieza impresa. Desarrollada en el lado tradicional del corte y la soldadura por láser, la tecnología de láser verde, cuando se aplica a la impresión 3D, tiene más sentido para el procesamiento de dichos materiales. La tecnología de láser verde logra resultados con mejor densidad, menor porosidad, mejor acabado superficial, menos salpicaduras y mayor productividad. Según la pieza y los parámetros utilizados, puede ser hasta diez veces más rápido que una fuente de láser IR con polvo de cobre puro.

El interés en el cobre y las aleaciones de cobre ha sido liderado por el programa Rapid and Analysis Manufacturing Propulsion Technology (RAMPT) de la NASA, que utiliza láseres IR para imprimir cámaras de empuje utilizando fusión de lecho de polvo láser (también llamada LMF, fusión de metal por láser). La mejora en la conductividad térmica del cobre en comparación con las aleaciones de níquel es una razón de peso para explorar su uso para esta aplicación. Otras empresas privadas de lanzamiento, como Launcher y Virgin Orbit, también han producido grandes componentes a base de aleaciones de cobre mediante procesamiento de lecho de polvo y DED láser (deposición de energía dirigida, también llamada LMD por deposición de metal láser). La implementación de un láser de longitud de onda verde en un material altamente reflectante como el cobre es clara: mejora la calidad y la velocidad de impresión.

Para las aleaciones de cobre que se están investigando actualmente (C18150, GR Cop 42, GR Cop 84 y más), se deduciría que una mejor productividad que ofrece una velocidad de impresión más rápida con menos defectos sería otro contribuyente para un mejor acceso al espacio. TRUMPF también ha estado trabajando para desarrollar parámetros de cobre utilizando procesos aditivos de láser verde, usando fusión de lecho de polvo y láser DED o LMD.

Cerrar el ciclo de fabricación para la exploración espacial, reducir el tiempo de entrega mediante el uso de tecnologías aditivas en estos procesos da como resultado una mayor cantidad de ventanas de vuelo para el vehículo final. La mayor disponibilidad de ventanas de vuelo, órbitas más altas y cargas útiles más grandes abre más oportunidades para ir al espacio, ya sea para el turismo espacial o para entregar dispositivos de comunicación, sondas, telescopios y más. Es un momento emocionante para involucrarse en la exploración espacial y ahora el secreto está fuera. La tecnología láser verde es la clave para desbloquear el espacio.

Conéctate con nosotros