BR102018076500B1 - Método para fabricar uma junta estrutural entre dois componentes,instalação para produzir estruturas de veículo motorizado e estrutura que faz parte de um corpo de veículo motorizado - Google Patents

Abstract

Uma junta estrutural entre dois componentes de material metálico é obtida realizando um ponto de solda por resistência elétrica entre os ditos componentes (2, 3) e subsequentemente realizando uma etapa de aplicar um revestimento de material metálico (4, 11) por meio de uma tecnologia de fabricação aditiva. Em um exemplo, após uma primeira etapa de aplicar um revestimento de base grosseiro, uma segunda etapa de aplicar um revestimento fino é realizada, novamente por meio de tecnologia de fabricação aditiva. O revestimento fino inclui uma distribuição de micronervuras de reforço (12) sobre o revestimento de base. O mesmo método pode ser aplicado a um único componente de chapa metálica, em vez de uma junta soldada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção diz respeito a métodos para aplicar um reforço de material metálico a um ou mais componentes de material metálico, particularmente na construção de uma carroçaria de veículo motorizado ou um subconjunto da mesma.

TÉCNICA ANTERIOR

[0002] Aplicação de um reforço de material metálico sobre um ou mais componentes de material metálico por meio de tecnologia de “fabricação aditiva” já foi proposta. Esta tecnologia foi conhecida e usada por um certo cento. Ela faz uso de uma fonte de energia, tal como um feixe laser, para fundir camadas de pós metálicos de uma maneira tal a formar uma parte de metal com uma configuração desejada, camada por camada. Uma máquina para produzir componentes de metal por meio de tecnologia de “fabricação aditiva” é, por exemplo, descrita e ilustrada no documento WO 2015 181772A1.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[0003] O objetivo principal da presente invenção é identificar novos métodos para aplicar reforços metálicos a um ou mais componentes de metal, pelo uso de tecnologia de “fabricação aditiva”, particularmente na fabricação de carroçarias de veículo motorizado ou subconjuntos das mesmas.

[0004] Em particular, um objetivo da invenção é identificar novos métodos para produzir estruturas metálicas, em particular, estruturas de veículo motorizado e subconjuntos das mesmas, que permite melhorias significantes tanto em termos de leveza quanto em termos de resistência da estrutura obtida.

[0005] Um outro objetivo da invenção é alcançar os objetivos supracitados com um método que é facilmente adaptável em linhas de produção atuais de veículos motorizados e que, consequentemente, não implica em altos custos para a implementação do mesmo.

[0006] Um outro objetivo da invenção é otimizar, em particular, a fabricação de uma “carroçaria bruta” (BIW) de veículo motorizado, que permite que a carroçaria seja estruturada pela aplicação de um número limitado de pontos de solda por resistência elétrica.

[0007] Ainda um outro objetivo da invenção é prover técnicas de fabricação alternativas para produzir componentes moldados de chapa metálica, em particular, componentes de veículo motorizado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] A presente descrição e nas reivindicações seguintes, a expressão “fabricação aditiva” é usada para significar um método no qual uma fonte de energia é usada, tal como um feixe laser ou plasma, para seletivamente fundir camadas de pós metálicos, ou arames metálicos, de vários tamanhos, de maneira a formar camada sobre camada de um “revestimento” metálico sobre um componente. O revestimento da invenção pode também ser multinível e incluir tanto um revestimento de base grosseiro (espessura da ordem de milímetros) bem como um revestimento fino (espessura da ordem de 100 microns) e/ou um revestimento superfino (espessura da ordem de décimos de micron ou mesmo menos).

[0009] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção se refere a um método para prover uma junta estrutural entre dois componentes de material metálico, em particular, no conjunto de uma carroçaria de veículo motorizado ou um subconjunto da mesma, em que o método compreende a etapa de realizar um ponto de solda por resistência elétrica entre os ditos componentes, e é adicionalmente caracterizado em que compreende a etapa adicional de aplicar um “revestimento” de material metálico sobre o dito ponto de solda por resistência elétrica, por meio de tecnologia de fabricação aditiva.

[0010] De acordo com este primeiro aspecto, a invenção é preferivelmente caracterizada adicionalmente em que a etapa de aplicação de revestimento supracitada por meio de tecnologia de fabricação aditiva compreende uma primeira etapa para aplicar um revestimento de base grosseiro e uma segunda etapa para aplicar um revestimento fino, incluindo a distribuição de micronervuras de reforço, sobre o revestimento de base.

[0011] Ainda preferivelmente, essas micronervuras são formadas de acordo com um padrão alveolar irregular, com paredes relativamente finas, que podem ter uma seção transversal com formato e dimensões uniforme ou variável ao longo da altura da parede.

[0012] Os estudos e experimentos do Requerente mostraram que a aplicação do método supradescrito a componentes da carroçaria de veículo motorizado consistindo de chapa metálica de aço galvanizado pode resultar em destruição local da camada externa de zinco por causa do calor gerado durante o método de fabricação aditiva. Para superar este inconveniente, de acordo com uma modalidade preferida da invenção, o método é adicionalmente caracterizado em que a etapa de aplicar revestimento por fabricação aditiva compreende uma etapa adicional para aplicação localizada de uma sobrecamada de zinco, também usando tecnologia de fabricação aditiva.

[0013] Uma outra possível desvantagem que deriva da aplicação do calor usado durante o método de fabricação aditiva poderia consistir de uma diminuição nas características de resistência da chapa metálica que forma o componente, por causa da alteração da estrutura microcristalina obtida, por exemplo, através de um processo de têmpera anterior. A fim de superar este possível inconveniente, o método de acordo com a invenção é preferivelmente caracterizado em que também compreende uma etapa de têmpera localizada obtida alimentando um fluido frio sobre o revestimento, imediatamente após a etapa de aplicação de revestimento.

[0014] Graças às características supracitadas, o método de acordo com a invenção permite que juntas estruturais sejam obtidas entre componentes de material metálico com características de alta resistência, sem detrimento para a leveza da estrutura. A expressão “junta estrutural” se refere, precisamente, a uma junta que não somente desempenha a tarefa de manter os dois componentes da junta rigidamente conectado um ao outro, mas pode também constituir - em si - uma parte da estrutura montada, que é também atribuída com uma função “estrutural”, isto é, que pode contribuir significantemente para a capacidade de toda a estrutura sustentar todas as tensões às quais ela é submetida durante uso.

[0015] Por causa desta vantagem significante, o método supradescrito é capaz de permitir, em particular, a estruturação de uma carroçaria de veículo motorizado em branco aplicando um menor número de pontos de solda por resistência elétrica comparado aos normalmente usados em métodos convencionais.

[0016] A invenção também permite o uso de chapas mais finas, graças ao reforço obtido pela deposição de um revestimento multinível. O uso de chapas mais finas resulta em uma redução no peso, e uma redução nos custos de processo, uma vez que a formação da chapa metálica pode ser conseguida com menores tempos de ciclo e menos energia de processo.

[0017] De acordo com um outro aspecto da invenção, a invenção diz respeito a uma instalação para produzir estruturas de veículo motorizado ou subconjuntos das mesmas, em que as ditas estruturas são montadas provendo uma ou mais jutas entre componentes usando o método supradefinido, caracterizado em que compreende um dispositivo de transferência para avançar as estruturas a ser montadas até uma estação de estruturação, que inclui robôs que realizam uma pluralidade de pontos de solda por resistência elétrica, e um ou mais robôs que realizam a etapa supracitada de aplicar um revestimento de base por fabricação aditiva sobre os pontos de solda por resistência elétrica, a dita instalação também compreendendo pelo menos uma estação de acabamento, à jusante da estação de estruturação, que inclui robôs para a execução da dita etapa adicional de aplicar um revestimento fino sobre o revestimento de base aplicado na estação de estruturação. Ainda nesta etapa, reforços localizados (revestimento multinível) podem ser produzidos em superfícies planas ou esféricas (superfícies curvas com um perfil indefinido) e também em componentes afastados das áreas de junção. Desta maneira, é possível usar e formar chapas mais finas com menores custos de energia e menores tempos de ciclo, com uma espessura reduzida até mesmo em 50% comparado a soluções convencionais. O revestimento multinível, neste caso, tem também que ser projetado para contrabalançar as deformações resultantes da redução de espessura da própria chapa.

[0018] De acordo com um outro aspecto, a invenção também diz respeito a um método para aplicar um reforço de material metálico a um componente de material metálico, particularmente na construção de uma carroçaria de veículo motorizado ou um subconjunto da mesma. De acordo com este aspecto, o método da invenção compreende a etapa de aplicar um reforço de material metálico sobre o componente metálico, por meio de uma tecnologia de fabricação aditiva, e é adicionalmente caracterizado em que a etapa supracitada de aplicar um reforço por tecnologia de fabricação aditiva compreende uma primeira etapa para aplicar um revestimento de base grosseiro e uma segunda etapa para aplicar um revestimento fino, incluindo uma distribuição de micronervuras de reforço, do tipo que já foi aqui descrito.

[0019] Mesmo nesse caso, o método de acordo com a invenção preferivelmente também provê uma etapa adicional para a aplicação local de uma sobrecamada de zinco e/ou uma etapa adicional de têmpera localizada aplicando um fluido frio sobre o revestimento supracitado imediatamente após a etapa de aplicação de revestimento.

[0020] De acordo com uma outra modalidade deste método, o reforço supracitado é aplicado, usando uma tecnologia de fabricação aditiva, no dito componente antes de submeter o componente a uma etapa de formação em um molde.

[0021] Todas as características supracitadas do método de acordo com a invenção abrem o caminho para uma série de importantes melhorias na produção de estruturas de veículo motorizado comparada às técnicas atualmente usadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0022] Características e vantagens adicionais da invenção ficarão aparentes a partir da descrição seguinte com referência aos desenhos anexos, providos meramente a título de exemplo não limitante, em que: - Figura 1 é uma vista seccional transversal esquemática de uma junta soldada de dois elementos de chapa metálica, após uma primeira etapa de uma modalidade do método de acordo com a invenção, - Figura 2 é uma vista seccional transversal esquemática da mesma junta soldada da Figura 1, após uma segunda etapa do método de acordo com a invenção, - Figura 3 é uma vista em perspectiva parcial de uma superestrutura feita no método de acordo com a invenção por tecnologia de fabricação aditiva, - Figura 4 ilustra uma variante da Figura 3. - Figura 5 mostra uma vista seccional transversal de uma única célula que forma parte da estrutura da Figura 4, - Figura 6 é uma vista em perspectiva de uma concha do mar, - Figuras 7 e 8 são vistas em perspectiva de ferramentas utilizáveis no método de acordo com a invenção, - Figura 9 é uma vista plana esquemática do esquema de uma linha de produção para veículos motorizados, que faz uso do método de acordo com a invenção, - Figura 10 é uma vista seccional transversal esquemática de um reforço aplicado sobre um componente de chapa metálica por meio do método de acordo com a invenção, - Figuras 11, 12 mostram duas etapas do método de formação de um componente de chapa metálica provido com um reforço obtido usando o método de acordo com a invenção, e - Figuras 13-16 mostra um outro exemplo de modalidade do método de acordo com a invenção.

[0023] Na Figura 1, o número de referência 1 indica - na sua totalidade - uma junta estrutural de dois componentes de chapa de aço após uma primeira etapa do método de acordo com uma primeira modalidade da invenção. Dois componentes de chapa de aço 2, 3 têm respectivos flanges 2A, 3A rigidamente conectados entre si por um ponto de solda por resistência elétrica W obtido usando uma cabeça de soldagem por resistência elétrica convencional (não ilustrada), incluindo dois eletrodos que são pressionados em lados opostos contra os dois flanges 2A, 3A de maneira a exercer uma pressão e simultaneamente criar um fluxo de corrente elétrica através desses flanges para produzir fusão localizada do metal em sua zona de contato.

[0024] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, sobre a junta soldada dos dois flanges 2A, 3A, um revestimento de base grosseiro 4 é aplicado por tecnologia de fabricação aditiva.

[0025] A Figura 7 dos desenhos anexos mostra, a título de exemplo, um dispositivo 5 para fabricação aditiva, compreendendo uma cabeça 6 arranjada na extremidade de um tubo flexível 7 de material elastomérico, em cujo interior um duto 8 para a adição de pós metálicos, uma guia óptica 9 para transmitir um feixe laser e um duto 10 para alimentar pó de zinco são arranjados.

[0026] De acordo com uma técnica conhecida per se, o dispositivo 5 alimenta pós metálicos através do duto 8, que são imediatamente fundidos sobre os componentes de chapa metálica 2, 3 por meio do feixe laser transmitido pela guia óptica 9, de maneira a formar, camada por camada, o revestimento de base grosseiro 4 com a configuração exigida.

[0027] Em uma outra modalidade, o pó pode ser substituído por arame. Neste caso, uma ou mais bobinas de arame de metal (ou de material polimérico na versão multimaterial) são providos, de vários diâmetros (de 1 milímetro a 10 microns) e diferente composição química, para a possível produção de revestimento em múltiplos níveis de acabamento (de 1 a n níveis).

[0028] De acordo com esta modalidade do método da invenção, uma vez que o revestimento de base 4 é aplicado, o dispositivo 5 é usado para aplicar uma sobrecamada de revestimento fino adicional 11, incluindo uma distribuição de micronervuras de reforço sobre o revestimento de base 4.

[0029] A Figura 3 mostra um primeiro exemplo de uma estrutura de revestimento fino com uma pluralidade de micronervuras 12 que definem um padrão alveolar irregular geral, incluindo uma pluralidade de células 13. No exemplo da Figura 3, o padrão tem uma configuração bidimensional, no sentido de que as micronervuras 12 têm uma seção transversal com um formato e dimensões uniformes ao longo de sua altura.

[0030] A Figura 4 ilustra uma variante da Figura 3, na qual as paredes 12 têm uma seção transversal com formato e dimensões variáveis ao longo da altura, de acordo com o exemplo ilustrado, em uma escala ampliada, na Figura 5.

[0031] O Requerente obteve inspiração para o desenho da sobrecamada fina 11 da existência na natureza de estruturas de concha do tipo ilustrado na Figura 6, que são caracterizadas por uma combinação ideal de resistência estrutural e leveza.

[0032] Graças ás características supradescritas, a junta soldada W completada pelo menos com o revestimento de base grosseiro 4, e preferivelmente com o revestimento fino 11 igualmente, torna-se uma junção “estrutural” que é capaz de constituir uma parte que provê uma significante contribuição para a resistência estrutural de todo o conjunto.

[0033] Uma possível desvantagem do método supradescrito, que foi identificado pelo Requerente, é que o calor aplicado durante a etapa de fabricação aditiva à estrutura de chapa metálica pode destruir localizadamente uma camada externa de zinco com a qual os componentes de chapa metálica 2, 3 podem ser providos, e pode adicionalmente comprometer as vantagens de resistência estrutural das chapas 2, 3 obtida por meio de um método de têmpera ao qual os ditos componentes foram previamente submetidos.

[0034] Para superar esses inconvenientes, o dispositivo 5 pode incluir o duto 10 que foi anteriormente mencionado, para a adição de pós de zinco, que são também aplicados com a técnica de fabricação aditiva sobre os componentes, a fim de restaurar o revestimento de zinco sobre a junta revestida com as camadas 4 e/ou 11.

[0035] Adicionalmente, é também possível prover um dispositivo 5 do tipo ilustrado na Figura 8 montado, por exemplo, no pulso de um robô manipulador 14 (visível apenas parcialmente na Figura 8) e, além da cabeça 6 que foi descrita com referência à Figura 7, é também provido com um bico 15 para a adição de um fluido frio (por exemplo, nitrogênio ou argônio) sobre os componentes 2, 3 a fim de causar resfriamento abrupto dos componentes após o aquecimento gerado na etapa de fabricação aditiva, de maneira a obter têmpera localizada dos componentes de metal.

[0036] O método de acordo com a invenção permite a fabricação de estruturas de veículo motorizado, em particular a estruturação de “carroçarias brutas” de veículo motorizado com um menor número de pontos de solda por resistência elétrica, comparado aos métodos convencionais.

[0037] Por exemplo, com referência à Figura 9, uma instalação de produção de veículo motorizado pode prover uma linha 16 na qual as estruturas a ser montadas prosseguem, por exemplo, transferidas em veículos do tipo automaticamente guiado 18. Ao longo da linha 16, os veículos 18 encontram uma estação de estruturação F compreendendo dispositivos de travamento de qualquer tipo conhecido (não ilustrados) para travar as partes que constituem as estruturas a ser soldadas em uma posição de montagem precisa, e um ou mais robôs de solda 19 equipados com cabeças de soldagem por resistência elétrica para realizar uma pluralidade de pontos de solda elétrica na estrutura suportada pelo veículo 18. A estação de estruturação F pode também compreender uma pluralidade de robôs 20 que carregam dispositivos 5 do tipo supradescrito com referência à Figura 7, a fim de aplicar, sobre as juntas soldadas, uma camada grosseira de revestimento, por meio de tecnologia de fabricação aditiva, de acordo com os expedientes que foram aqui descritos.

[0038] Após deixar a estação de estruturação F, a estrutura soldada é transferida para uma estação de acabamento S, na qual robôs adicionais 21 executam a aplicação da camada adicional de revestimento fino, novamente por meio de tecnologia de fabricação aditiva. Esses robôs podem também realizar a etapa de restauração de uma camada de zinco externa sobre a junta soldada e realizar têmpera localizada, de acordo com o método supradescrito, a fim de restaurar as características de resistência das estruturas de chapa metálica.

[0039] A Figura 10 mostra uma seção transversal de um componente de chapa de aço 22 no qual uma camada de revestimento de base grosseiro 23 e uma sobreposição de revestimento fino 24 foram aplicadas, ambas com tecnologia de fabricação aditiva, similar à que foi aqui descrita com referência à junta soldada das Figuras 1, 2.

[0040] Se o componente de chapa metálica 22 for um componente modelado, pode-se considerar que as camadas de revestimento 23, 24 são aplicadas após a formação do elemento de chapa metálica, mas uma modalidade particularmente interessante da invenção é onde a formação do componente de chapa metálica em um molde é realizada após a aplicação do elemento de reforço constituído pela camada de base 23 e pela sobreposição 24, que preferivelmente tem uma configuração do tipo que foi aqui descrito com referência à Figura 3 ou à Figura 4.

[0041] Uma variante desta modalidade é ilustrada nas Figuras 11 e 12. Essas Figuras mostram a formação de um componente de chapa metálica 22 em um molde com um molde superior 25 e um molde inferior 26. No caso ilustrado nas Figuras 11 e 12, antes da formação no molde, um elemento de reforço 23 é aplicado sobre a chapa metálica 22 por meio de tecnologia de fabricação aditiva. Subsequentemente à aplicação do reforço 23, a estrutura dessa forma obtida é formada no molde, fechando os dois meios moldes 25, 26 de uma maneira tal que o reforço 23 é incorporado na espessura da chapa 22.

[0042] As Figuras 13-16 mostram as etapas subsequentes de uma modalidade adicional do método de acordo com a invenção que produz um revestimento multinível e multimaterial.

[0043] A Figura 13 mostra uma primeira etapa de aplicação de um primeiro revestimento de metal grosseiro sobre o componente 22, definindo porções de metal de reforço 23 espaçadas umas das outras. A Figura 14 mostra uma segunda etapa de aplicação entre as porções de metal de reforço 23 de uma camada de suporte 27, de um material mais leve, escolhido, por exemplo, de plástico, ligas de metal leve e materiais cerâmicos. A Figura 15 mostra uma etapa subsequente de aplicação de um outro nível de revestimento fino 28, e a Figura 16 mostra a aplicação de um revestimento final superfino, para criar camadas 29 sobre a camada de suporte 28.

[0044] Como fica evidente pelo exposto, o método de acordo com a invenção provê - em sua modalidade preferida - um revestimento multinível, no qual cada nível é criado com sucessivas camadas, por meio de fabricação aditiva. Os níveis podem todos ser de material metálico ou podem ser feitos de diferentes materiais e também compreendem níveis de material sintético ou material cerâmico. Preferivelmente, adicionalmente, os vários níveis têm uma dimensão progressivamente menor na altura, a começar pelo nível de base, que pode ser um revestimento grosseiro, com uma altura da ordem de milímetros (ou seja, entre 0,1 mm e 10 mm), até níveis superiores progressivamente mais finos, que podem ter uma espessura na faixa micrométrica (entre 1 micron e 200 microns) e então da ordem de décimos de micron (entre 0,1 micron e 1 micron) ou mesmo menos.

[0045] Como fica claro pela descrição apresentada, o método de acordo com a invenção abre o caminho para uma série de melhorias no processo de produção de veículos motorizados, sobre tudo, em termos de uma combinação ideal de resistência e leveza da estrutura obtida. Além disso, como fica evidente pelo que foi descrito, o método de acordo com a invenção é facilmente aplicável e adaptável a instalações de produção atualmente em uso, sem altos custos.

[0046] Certamente, sem prejuízo ao princípio da invenção, as modalidades e os detalhes de construção podem variar amplamente com relação aos descritos e ilustrados meramente a título de exemplo, sem fugir do escopo da presente invenção.

Claims (8)

1. Método para fabricar uma junta estrutural (1) entre dois componentes (2, 3) de material metálico, em particular no conjunto de uma carroçaria de veículo motorizado ou um subconjunto da mesma, em que o dito método compreende a etapa de realizar um ponto de solda por resistência elétrica (W) entre os ditos componentes, o método sendo caracterizado pelo fato de que também compreende a etapa de aplicar um revestimento de material metálico sobre o dito ponto de solda por resistência elétrica, por meio de tecnologia de fabricação aditiva.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de aplicação de revestimento por meio de tecnologia de fabricação aditiva compreende uma primeira etapa para aplicar um revestimento de base grosseiro (4) e uma segunda etapa para aplicar um revestimento fino (11), incluindo uma distribuição de micronervuras de reforço, sobre o revestimento de base (4).

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as ditas micronervuras (12) definem um padrão alveolar irregular com uma pluralidade de células (13) cujas paredes têm uma seção transversal de formato e tamanho uniforme ou variável ao longo da altura das ditas micronervuras (12).

4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa final adicional para uma aplicação localizada de uma sobrecamada de zinco.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que também compreende uma etapa de têmpera localizada, obtida por meio de alimentação de um fluido frio sobre a camada de revestimento, imediatamente após a etapa de aplicação de revestimento.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita junta (1) é criada entre dois componentes de chapa metálica (2, 3), antes de submeter a estrutura formada pelos ditos componentes (2, 3) a uma etapa de formação em um molde.

7. Instalação para produzir estruturas de veículo motorizado ou subconjuntos das mesmas, em que as ditas estruturas são montadas provendo uma ou mais juntas entre componentes pelo método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo de transferência (18) para avançar as estruturas a ser montadas para uma estação de estruturação (F) que inclui robôs (19), que realizam uma pluralidade de pontos de solda por resistência elétrica, e um ou mais robôs que realizam a etapa supracitada de aplicar um revestimento de base (4) sobre os pontos de solda por resistência elétrica por uma tecnologia de fabricação aditiva, a dita instalação adicionalmente compreendendo pelo menos uma estação de acabamento (S), à jusante da estação de estruturação (F), que inclui robôs (21) para executar a dita etapa adicional de aplicar um revestimento fino (11) sobre o revestimento de base (4) aplicado na estação de estruturação (F).

8. Estrutura que faz parte de um corpo de veículo motorizado, compreendendo pelo menos dois componentes (2, 3), unidos por um ponto de solda por resistência elétrica (W), caracterizada pelo fato de que a referida estrutura compreende também um revestimento de material metálico aplicado acima do referido ponto de solda por resistência elétrica por meio de tecnologia de fabricação aditiva.