ES2869896T3

ES2869896T3 - Sistema y método de alimentación de alambre metálico

Info

Publication number: ES2869896T3
Application number: ES17712080T
Authority: ES
Inventors: Trond Forseth; Brede VIGDAL; Tom-Erik Falla; Dyre ROLSTAD; Arne Ramsland
Original assignee: Norsk Titanium AS
Current assignee: Norsk Titanium AS
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: KR20190038795A; US10549375B2; EP3481581A1; EA036469B1; US20200139475A1; CN109689270A; WO2018007028A1; CN109689270B; JP7048570B2; AU2017294305B2; CA3029846A1; EP3481581B1; JP2019521857A; US20180009054A1; KR102279690B1; EA201990024A1; SG11201811248QA; AU2017294305A1; DK3481581T3

Abstract

Un sistema de alimentación de alambre metálico, compuesto por: un gabinete un dispositivo de alimentación de alambre que comprende un primer rodillo con ranuras motorizado, un primer rodillo con ranuras pasivo y un primer motor unido al primer rodillo con ranuras motorizado, en el que el primer rodillo con ranuras motorizado y el primer rodillo con ranuras pasivo forman un canal entre ellos; y que se caracteriza por comprender, además: un carrete de suministro de alambre de posición ajustable; una combinación de al menos tres guías de alambre flojo, en la que una primera guía de alambre flojo está colocada corriente abajo del dispositivo de alimentación de alambre y en línea con este, una segunda guía de alambre floja colocada a la derecha de y debajo de la primera guía de alambre flojo, y una tercera guía de alambre floja colocada a la izquierda de y debajo de la primera guía de alambre floja, formando la primera guía de alambre floja, la segunda guía de alambre floja y la tercera guía de alambre floja juntas una pista de bucle desde la primera guía de alambre hasta la segunda guía de alambre hasta el tercera guía de alambre y luego de regreso a la primera guía de alambre para formar un bucle de alambre flojo; un dispositivo de tracción de alambre flojo que comprende un segundo rodillo con ranuras motorizado, un segundo rodillo con ranuras pasivo y un segundo motor unido al segundo rodillo con ranuras motorizado, en el que el segundo rodillo con ranuras motorizado y el segundo rodillo con ranuras pasivo forman un canal entre ellos; y una guía de salida del gabinete, y en la que el gabinete comprende un detector de posición del alambre de entrada que contiene una abertura.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método de alimentación de alambre metálico

Campo de la invención

La presente invención se relaciona con un sistema de alimentación de alambre metálico y con un método para proporcionar un alambre metálico a un soplete de soldadura para fabricar objetos mediante fabricación sólida de forma libre, especialmente objetos hechos de titanio y alambre de aleación de titanio.

Antecedentes de la invención

Las partes metálicas estructuradas hechas de titanio o aleaciones de titanio se fabrican convencionalmente mediante colada, forja o mecanizado a partir de una palanquilla. Estas técnicas tienen la desventaja de un alto desperdicio de material del costoso metal de titanio y grandes tiempos de espera en la fabricación de la parte metálica.

Los objetos físicos completamente densos se pueden fabricar mediante una tecnología de fabricación conocida como prototipado rápido, fabricación rápida, fabricación en capas, fabricación de forma libre sólida, fabricación aditiva, fabricación aditiva o impresión 3D. Esta técnica emplea software de diseño asistido por ordenador (CAD) para construir primero un modelo virtual del objeto que se va a hacer, y luego transformar el modelo virtual en finos cortes o capas paralelas, usualmente orientadas horizontalmente. El objeto físico se puede fabricar colocando capas sucesivas de materia prima en forma de líquido, pasta, polvo u otra forma que se pueda colocar en capas, untar o fluir, tal como metal fundido, por ejemplo, a partir de un alambre de soldadura fundido, o preformado como un material de hoja que se asemeja a la forma de las capas virtuales hasta que se forma todo el objeto. Las capas se fusionan para formar un objeto denso sólido.

La fabricación de forma libre sólida es una técnica flexible que permite la creación de objetos de casi cualquier forma a ratas de producción relativamente rápidas, que varían típicamente desde algunas horas hasta varios días para cada objeto. Por lo tanto, la técnica es adecuada para la formación de prototipos y pequeñas series de producción, y puede ampliarse para una producción de gran volumen.

La técnica de fabricación por capas puede ampliarse para incluir la deposición de piezas del material de construcción, es decir, cada capa estructural del modelo virtual del objeto se divide en un conjunto de piezas que, colocadas una al lado de la otra, forman la capa. Esto permite formar objetos metálicos soldando un alambre sobre un sustrato en franjas sucesivas que forman cada capa de acuerdo con el modelo virtual en capas del objeto, y repitiendo el proceso para cada capa hasta que se forma todo el objeto físico. La precisión de la técnica de soldadura suele ser demasiado burda para permitir formar directamente el objeto con dimensiones aceptables.

Por lo tanto, el objeto formado generalmente se considerará un objeto verde o una preforma que debe mecanizarse con una precisión dimensional aceptable.

Se conoce el uso de un arco de plasma para proporcionar calor para soldar materiales metálicos. Este método puede emplearse a presiones atmosféricas o superiores y, por lo tanto, permite un equipo de proceso más simple y menos costoso. Uno de estos métodos se conoce como soldadura de arco de tungsteno de gas (GTAW, también denominada TIG), donde se forma un arco de transferencia de plasma entre un electrodo de tungsteno no consumible y el área de soldadura. El arco de plasma generalmente está protegido por un gas que se alimenta a través del soplete de plasma formando un escudo protector de gas alrededor del arco. La soldadura TIG puede incluir alimentar un alambre metálico o polvo metálico en el baño de fusión o el arco de plasma como material de relleno. Otros métodos de soldadura incluyen soldadura por arco metálico de gas (GMAW), soldadura por gas inerte metálico (MIG) y soldadura con gas metálico activo (MAG), donde un arco eléctrico entre un electrodo consumible, tal como un alambre metálico, y la pieza de trabajo calienta y derrite el metal.

Se conoce (por ejemplo, véase Adams, Publicación de Patente de los Estados Unidos No. 2010/0193480) el uso de un soplete de soldadura TIG para construir objetos mediante fabricación de forma libre sólida (SFFF), donde capas sucesivas de material de alimentación metálico con baja ductilidad se depositan sobre un sustrato. Se crea un arco de plasma energizando un gas que fluye usando un electrodo, teniendo el electrodo una corriente eléctrica de magnitud variable suministrada al mismo. La corriente de plasma se puede dirigir hacia una región objetivo predeterminada para precalentar la región objetivo predeterminada de la pieza de trabajo antes de la deposición. La corriente se ajusta y el material de la materia prima se alimenta a la corriente de plasma para depositar la materia prima fundida en la región objetivo predeterminada. La corriente eléctrica se ajusta y la materia prima fundida se enfría lentamente a una temperatura elevada, típicamente por encima de la temperatura de transición de frágil a dúctil del material de la materia prima, en una fase de enfriamiento para minimizar la aparición de tensiones en el material.

Withers et al. (Publicación de Patente de los Estados Unidos No. 2006/185473) también describe el uso de un soplete TIG en lugar del costoso láser tradicionalmente utilizado en un proceso de fabricación de forma libre sólida (SFFF) con material de alimentación de titanio de coste relativamente bajo mediante la combinación de la alimentación de titanio y los componentes de aleación de una manera que reduce considerablemente el coste de las materias primas. Más particularmente, en un aspecto, la presente invención emplea alambre de titanio puro (CP Ti) que tiene un coste menor que el alambre aleado, y combina el alambre CP Ti con componentes de aleación en polvo in situ en el proceso SFFF combinando el alambre CP Ti y los componentes de aleación de polvo en la masa fundida del soplete de soldadura u otro haz de energía de alta potencia. En otra realización, la invención emplea material de esponja de titanio mezclado con elementos de aleación y formado en un alambre donde puede usarse en un proceso SFFF en combinación con un soplete de soldadura por plasma u otro haz de energía de alta potencia para producir componentes de titanio con forma casi neta.

King et al. (documento US 4 280 350, técnica anterior para la reivindicación 1) divulga un sistema para doblar automáticamente alambre en segmentos arqueados de diferentes configuraciones seleccionadas utilizando un rodillo de doblado de alambre desplazable selectivamente por un motor paso a paso que es controlado por un microprocesador para doblar una longitud de alambre conforme a los datos recuperados de un ordenador. El alambre avanza selectivamente hasta un ensamblaje de cizalla donde se secciona a una longitud específica y avanza a través de los rodillos de alimentación hacia el rodillo de doblado. Detección de la longitud seccionada de avance de los bloqueos de alambre en un engranaje estroboscópico y el microprocesador con el motor paso a paso para determinar la posición del alambre con respecto al rodillo de doblado y para desplazar incrementalmente el rodillo de doblado de una manera controlada a lo largo de una trayectoria arqueada para producir la curva deseada en el alambre. La Publicación de Patente de los Estados Unidos No. 2013/193126 (técnica anterior para la reivindicación 12) describe un método para proporcionar un alambre metálico a un soplete de soldadura.

Con el fin de depositar eficazmente metal de un alambre metálico sobre la superficie de una pieza de trabajo usando un soplete de soldadura, es necesario mantener el alambre metálico en la posición correcta con respecto al soplete de soldadura. El alambre metálico a menudo se proporciona en un carrete. El torque de salida de los motores que accionan la rotación del carrete de alambre puede ser un factor limitante para proporcionar alambre en un estado estable, particularmente desde un carrete completamente cargado. La inercia rotacional del alambre sobre el carrete puede limitar la velocidad y la rata de aceleración a la que el alambre puede desenrollarse del carrete para entregarlo al soplete de soldadura. La modulación en la inercia rotacional, la velocidad y/o la aceleración puede ser suficiente para provocar el deslizamiento de los rodillos, ruedas de guía o dispositivos de sujeción utilizados para entregar el alambre al arco de plasma del ensamblaje de la punta de contacto. El deslizamiento puede provocar la deformación del alambre y también crear una desviación en la posición y el ángulo deseados del alambre con respecto al arco de plasma. El deslizamiento también limita la velocidad operativa del equipo de fabricación.

Los cambios en la masa rotacional, la velocidad y/o la aceleración del alambre a granel también pueden dar como resultado variaciones en la velocidad de alimentación del alambre y variaciones en la cantidad de tensión en el alambre metálico. Si la variación en la velocidad de alimentación del alambre o la aceleración del alambre en la fuente de alambre resulta en demasiada tensión entre la fuente de alambre y los rodillos alimentadores y poleas que entregan el alambre al arco de plasma del soplete de soldadura, el aumento de tensión puede resultar en la formación de una torcedura, doblez u otra deformación en el alambre. La alta tensión también puede resultar en que el alambre de metal sea tirado hacia la fuente del alambre, lo que evitaría la alimentación de alambre de metal al electrodo de soldadura, lo que resultaría en una capa de deposición discontinua no deseada, o un agujero o brecha no intencionado en la capa que se deposita sobre la forma libre objeto que se está haciendo. Si la tensión es demasiado baja, puede producirse un exceso de alambre flojo. El alambre sobrante puede enredarse consigo mismo o con una parte de la maquinaria, lo que puede causar dobleces o torceduras en el alambre, dificultando o imposibilitando la colocación correcta del alambre en relación con el arco de plasma.

Además, el desenrollado del alambre del carrete da como resultado cambios en la posición del alambre cuando sale del carrete debido a la naturaleza enrollada del alambre en el carrete. A ratas de uso más altas, la posición horizontal y vertical del alambre puede cambiar rápidamente, lo que puede resultar en el deslizamiento de los rodillos, ruedas de guía o dispositivos de sujeción utilizados para entregar el alambre al soplete de soldadura.

Por consiguiente, existe una necesidad en esta técnica de un método económico para realizar la fabricación de formas libres a una rata incrementada de deposición de metal. Además, existe una necesidad en esta técnica de un sistema y método para aumentar la cantidad de alambre de metal que se puede proporcionar a un soplete de soldadura sin deslizamiento o deformación del alambre de metal con el fin de aumentar el rendimiento y el rendimiento de los de productos formados por deposición directa de metal.

Resumen de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de alimentación de alambre metálico y un método para proporcionar un alambre metálico a un soplete de soldadura para construir objetos metálicos mediante fabricación sólida de forma libre.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un método para la fabricación en capas rápida de titanio u objetos de aleación de titanio utilizando un alambre metálico y uno o más sopletes de soldadura. Esta invención aborda las necesidades de un método económico mejorado para realizar la deposición directa de metal proporcionando sistemas y métodos para la entrega de alambre de metal a un arco de plasma de un soplete de soldadura en una ubicación deseada con respecto al arco de plasma, lo que puede resultar en un aumento de la rata de deposición de metal en la fabricación sólida de forma libre. Esta invención aborda además la necesidad de un método para incrementar el rendimiento y puede producir partes formadas por deposición de metal directo sin distorsión con límites de deposición de deposición suaves, casi en forma de red.

Un sistema de alimentación de alambre metálico de acuerdo con la presente invención se define en la reivindicación 1, que incluye un gabinete que recibe el alambre metálico de una fuente de alambre, un sensor de posicionamiento que monitoriza la posición del alambre que ingresa al gabinete desde la fuente de alambre, un dispositivo de alimentación de alambre que hace avanzar el alambre desde la fuente de alambre al gabinete para formar un bucle de alambre flojo dentro del gabinete, uno o más de un sensor que detecta y modula la cantidad de alambre flojo dentro del gabinete, y un alambre que proporciona dispositivo que tira de una cantidad de alambre flojo para proporcionarlo a la guía de alambre para colocarlo en una posición predeterminada con respecto al soplete de soldadura para fundirlo sobre una superficie de la pieza de trabajo. El soplete de soldadura puede ser de cualquier diseño o configuración adecuada. Los sopletes de soldadura a manera de ejemplo incluyen sopletes de soldadura de arco de plasma, sopletes de soldadura de arco de transferencia de plasma, sopletes de soldadura de arco de tungsteno de gas, sopletes de soldadura por arco metálico de gas, sopletes de soldadura por gas inerte metálico, sopletes de soldadura de gas metálico activo, dispositivos láser, pistolas de haz de electrones y cualquier combinación de los mismos.

Los sistemas de alimentación de alambre proporcionados en el presente documento pueden incluir un sistema de control que responda a los sensores para modular el suministro de alambre adicional desde la fuente de alambre al gabinete, modulando así el tamaño del bucle de alambre flojo y, por lo tanto, la cantidad de alambre flojo dentro del gabinete.

En la presente documento se proporcionan sistemas de alimentación de alambre metálico que pueden incluir una unidad de suministro de alambre que incluye un carrete de suministro de alambre ajustable en posición; y un gabinete que contiene una unidad de tensión de alambre para tirar del alambre metálico desde la unidad de suministro de alambre al gabinete; una unidad de amortiguación de alambre que crea un bucle de alambre flojo como amortiguador; y una unidad de suministro de alambre flojo que tira del alambre flojo del bucle amortiguador y lo alimenta fuera del gabinete a un ensamblaje de punta de contacto para que el alambre metálico se alimente al arco de plasma del soplete de soldadura del ensamblaje de punta de contacto.

El gabinete incluye de acuerdo con la presente invención un detector 110 de posición de alambre de entrada que contiene una abertura 120 a través de la cual puede pasar el alambre 180 metálico; un dispositivo 200 de alimentación de alambre que incluye un rodillo 220 con ranuras motorizado, un rodillo 205 con ranuras pasivo y un motor 225 unido al rodillo 220 con ranuras. Los rodillos 205 y 220 con ranuras pueden equiparse con una superficie mejorada por fricción. El rodillo 220 con ranuras motorizado y rodillo 205 con ranuras pasivo juntos forman un pasaje entre ellos a través del cual pasa el alambre 180 metálico. El rodillo 220 con ranuras motorizado y rodillo 205 con ranuras pasivo están en contacto de fricción con al menos una porción de alambre 180 metálico y la rotación del rodillo 220 con ranuras motorizado y rodillo 205 con ranuras pasivo alimenta el alambre 180 metálico a la unidad de amortiguación de alambre.

El detector 110 de posición de alambre de entrada comprende además una matriz de sensores 122 que pueden detectar una posición del alambre 180 dentro de la apertura 120. Los sensores a manera de ejemplo incluyen sensores ópticos, sensores de fibra óptica, sensores de proximidad, sensores fotoeléctricos, sensores magnéticos sensores y combinaciones de los mismos. Estos sensores están disponibles comercialmente (véase, por ejemplo, (Industrial Automation - Omron Corporation, Kyoto, Japón). En algunas configuraciones, el detector 110 de posición de alambre de entrada incluye una matriz de sensores de fibra óptica. El sensor 122 puede estar en comunicación con y puede proporcionar retroalimentación a un sistema de control que puede reposicionar el carrete de suministro de alambre en la dirección X, Y o Z o combinaciones de las mismas. El sistema de control puede proporcionar un control de orientación del suministro de alambre en respuesta a la retroalimentación del sensor 122. El gabinete de los sistemas proporcionados en el presente documento puede incluir una ventana transparente o una puerta transparente o ambas para permitir la visualización de los componentes en el gabinete sin abrir el gabinete. La ventana o puerta transparente puede ser de vidrio, acrílico (poli(metacrilato de metilo) o PMMA), tereftalato de polietileno modificado con glicol (PETG) o policarbonato.

De acuerdo con la presente invención, el dispositivo 200 de alimentación de alambre está configurado para alimentar alambre desde el carrete de suministro de alambre al interior del gabinete. Se puede incluir una unidad 20 de tensión de alambre que incluye un dispositivo 800 de presión para modular la cantidad de presión (fuerza perpendicular) ejercida por el rodillo 205 con ranuras sobre el alambre en la ranura del rodillo. El dispositivo 800 de presión puede incluir un pistón accionado hidráulica, neumática, mecánica o electrónicamente que cuando se extiende aumenta la presión aplicada al rodillo 205 con ranuras, y que cuando se contrae disminuye la presión aplicada al rodillo 205 con ranuras. La unidad de tensión 20 de tensión que incluye un dispositivo 800 de presión modula la cantidad de alambre 180 alimentado en el gabinete para formar un bucle de alambre 185 flojo.

La unidad 30 de amortiguador de alambre del sistema de alimentación de alambre metálico incluye de acuerdo con la presente invención una combinación de al menos tres guías de alambre. Una primera guía 300 de alambre se coloca después del dispositivo 200 de alimentación de alambre y en línea con el mismo, una segunda guía 400 de alambre se coloca a la derecha y debajo de la guía 300 de alambre, y una tercera guía 500 de alambre se coloca a la izquierda de y debajo de la guía 300 de alambre, donde la guía 300 de alambre y la guía 500 de alambre se colocan paralelas entre sí. Las guías 300, 400 y 500 de alambre forman y soportan un bucle de alambre 185 flojo. En algunas configuraciones, el bucle de alambre 185 flojo forma una forma ovalada debido a la acción de la gravedad sobre las partes no soportadas del alambre 185 flojo.

La primera guía 300 de alambre puede incluir un rodillo 305 con ranuras dobles que tienen una primera y una segunda ranura, el rodillo unido a un brazo 310 conectado de manera pivotante a una placa 900 trasera del gabinete; y un rodillo 320 con ranuras dobles que tienen una primera y una segunda ranura, donde la primera ranura del rodillo 305 y la primera ranura del rodillo 320 forman un canal, y la primera ranura del rodillo 305 es empujada por un resorte sobre el brazo 310 conectado a un soporte 330 conectado a la placa 900 trasera.

La segunda guía 400 de alambre puede incluir un rodillo 405 con ranuras, el rodillo unido a un brazo 410 conectado de forma pivotante a la placa 900 trasera del gabinete; y un rodillo 420 con ranuras, donde la ranura del rodillo 405 y la ranura del rodillo 420 forman un canal, y la ranura del rodillo 405 esta conectada mediante un resorte en el brazo 410 a un soporte 430 conectado a la placa 900 trasera. La tercera guía 500 de alambre puede incluir un rodillo 505 con ranuras, el rodillo unido a un brazo 510 conectado de manera pivotante a la placa 900 trasera del gabinete; y un rodillo 520 con ranuras, donde la ranura del rodillo 505 y la ranura del rodillo 520 forman un canal, y la ranura del rodillo 505 es empujada por un resorte sobre el brazo 510 conectado a un soporte 530 conectado a la placa 900 trasera. Las guías 300, 400 y 500 de alambre forman de acuerdo con la presente invención una trayectoria de bucle desde la guía 300 de alambre hasta la guía 400 de alambre hasta la guía 500 de alambre y luego de regreso a la guía 300 de alambre.

La unidad de amortiguación de alambre de los sistemas de alimentación de alambre metálico proporcionados en el presente documento puede incluir un dispositivo 700 de detección de bucle. El dispositivo 700 de detección de bucle se puede colocar para detectar al menos una porción del bucle de alambre flojo en el gabinete. En algunas configuraciones, el dispositivo 700 de detección de bucle detecta la parte inferior del bucle de alambre flojo. El dispositivo 700 de detección de bucle puede incluir uno o más sensores. El dispositivo 700 de detección de bucle puede incluir un sensor 730 en comunicación con un sistema de control, que cuando se activa el sensor 730 envía una señal al sistema de control para alimentar menos alambre 180 metálico en el gabinete. El dispositivo 700 de detección de bucle puede incluir un sensor 720 en comunicación con un sistema de control, que cuando se activa, el sensor 720 envía una señal al sistema de control para alimentar más alambre 180 metálico en el gabinete. El dispositivo 700 de detección de bucle puede incluir un sensor 740 en comunicación con un sistema de control, que cuando se activa el sensor 740 envía una señal al sistema de control para que deje de alimentar alambre 180 metálico en el gabinete. El dispositivo 700 de detección de bucle puede incluir un sensor 710 en comunicación con un sistema de control, que cuando se activa el sensor 710 envía una señal al sistema de control para apagar el sistema de alimentación de alambre. El dispositivo 700 de detección de bucle puede incluir cualquier combinación de sensores 710, 720, 730 y 740. Se pueden utilizar otros tipos o configuraciones de sensores como dispositivo 700 de detección de bucle.

La unidad 40 de suministro de alambre flojo del sistema de alimentación de alambre metálico de acuerdo con la presente invención incluye un dispositivo 600 de tracción de alambre flojo que comprende un rodillo 620 con ranuras motorizado y un rodillo 605 con ranuras pasivo (no motorizado) y un motor 625 unido al rodillo 620 con ranuras. Los rodillos 605 y 620 con ranuras pueden equiparse con una superficie mejorada por fricción. El rodillo 620 con ranuras motorizado y el rodillo 605 con ranuras pasivo juntos forman un paso entre ellos a través del cual pasa el alambre 180 metálico. El rodillo 620 con ranuras motorizado y rodillo 605 con ranuras pasivo están en contacto por fricción con al menos una porción del alambre 180 flojo, y la rotación del rodillo 620 con ranuras motorizado y el rodillo 605 con ranuras pasivo tira del alambre 185 flojo y lo alimenta fuera la guía 1000 de salida de cámara a través del gabinete al arco de plasma de un soplete de soldadura de un ensamblaje de punta de contacto.

En los sistemas de alimentación de alambre metálico proporcionados aquí, la superficie mejorada por fricción de las ranuras de los rodillos 220, 205, 620 y 605 puede incluir protuberancias sobre la superficie. La superficie mejorada por fricción de las ranuras puede aumentar las fuerzas de fricción entre las ranuras y el alambre que pasa a través de las ranuras. Las fuerzas de fricción mejoradas pueden reducir el deslizamiento entre el alambre y las ranuras. En los sistemas de alimentación de alambre metálico proporcionados en el presente documento, el motor 225 y el motor 625, cada uno por separado, puede ser un motor de corriente continua accionado por una señal de control de potencia y un motor paso a paso.

Se puede incluir una unidad 40 de suministro de alambre flojo que incluye un dispositivo 850 de presión para modular la cantidad de presión (fuerza perpendicular) que ejerce el rodillo 605 con ranuras sobre el alambre flojo en la ranura del rodillo. El dispositivo 850 de presión puede incluir un pistón accionado hidráulica, neumática, mecánica o electrónicamente que cuando se extiende aumenta la presión aplicada al rodillo 605 con ranuras, y que cuando se contrae disminuye la presión aplicada al rodillo 605 con ranuras. El motor 225 del dispositivo 200 de alimentación de alambre se puede conectar al rodillo 220 con ranuras para hacer girar el rodillo 220. El motor 625 del dispositivo 600 de tracción de alambre flojo se puede conectar al rodillo 620 con ranuras para girar el rodillo 620. El motor 225 del dispositivo 200 de alimentación de alambre puede configurarse para funcionar independientemente del dispositivo 600 de tracción de alambre flojo.

Un método para proporcionar un alambre metálico a un soplete de soldadura de acuerdo con la presente invención se define en la reivindicación 12, que comprende los pasos de hacer avanzar una cantidad suficiente del alambre metálico desde una fuente de suministro de alambre para formar un bucle de alambre flojo; hacer avanzar una cantidad de alambre flojo desde el bucle de alambre flojo hasta el soplete de soldadura; y suministrar alambre metálico adicional desde la fuente de suministro de alambre para compensar la cantidad de alambre flojo que avanzó hacia el soplete de soldadura para mantener un bucle de alambre flojo. La cantidad de alambre flojo que avanza desde la fuente de suministro de alambre típicamente es suficiente para mantener el bucle de alambre flojo para permitir un suministro continuo de alambre flojo al soplete de soldadura. La fuente de suministro de alambre puede ser un carrete de posición ajustable en el que se enrolla el alambre metálico, y el método puede incluir además desenrollar el alambre metálico del carrete para proporcionar que el alambre metálico avance para formar el bucle de alambre flojo. El método puede incluir como paso reposicionar el carrete de suministro de alambre en la dirección x, y o z o combinaciones de las mismas para mantener el alambre que se desenrolla del carrete en una posición deseada.

Los métodos pueden incluir como un paso rotar un rodillo en contacto por fricción con el alambre de metal para alimentar el alambre de metal en el gabinete. La rotación del rodillo se puede lograr activando un motor unido al rodillo, donde el rodillo se puede unir al eje del motor o a un eje unido al motor. El motor puede ser un motor paso a paso, un motor de corriente continua (DC), un motor de DC sin escobillas, un motor universal, un motor de reluctancia, un motor de histéresis, un motor de inducción, un motor síncrono, un motor de derivación, un motor en serie, un motor compuesto o cualquier combinación de los mismos. Debido al bucle de alambre flojo, que puede actuar como un amortiguador entre la unidad de tensión del alambre y la unidad de tracción del alambre, el avance del alambre metálico desde la fuente de suministro puede ser independiente del avance de una cantidad de alambre flojo desde el bucle de alambre flojo hasta el arco de plasma del soplete de soldadura. Los métodos también pueden incluir hacer girar un rodillo en contacto por fricción con el alambre flojo para suministrar el alambre flojo al soplete de soldadura. La rotación del rodillo se puede lograr activando un motor unido al rodillo, y el motor es un motor paso a paso o un motor de corriente continua accionado por una señal de control de potencia.

En los sistemas de alimentación de alambre metálico proporcionados aquí, las ranuras del rodillo 220 motorizado y el rodillo 205 pasivo, por separado o en combinación, y las ranuras del rodillo 620 motorizado y el rodillo pasivo 605, por separado o en combinación, pueden incluir salientes para aumentar la fricción entre las ranuras y el alambre 180 metálico. Se puede utilizar cualquier modificación de la superficie de la ranura del rodillo que aumente la fuerza de fricción entre la superficie de la ranura y el alambre metálico, siempre que las técnicas de aumento de la fricción no dañen la superficie del alambre. El motor 225 y el motor 625 pueden seleccionarse cada uno por separado entre motores de derivación, motores en serie, motores compuestos, motores de inducción, motores síncronos, motores paso a paso, motores de DC, motores de DC sin escobillas, motores universales, motores de reluctancia y motores de histéresis.

El sistema de alimentación de alambre metálico puede incluir un detector 110 de posición de alambre de entrada que puede incluir un sensor 122 que detecta la posición del alambre 180 dentro de la abertura 120. El sensor 122 puede estar en comunicación con un sistema de control que puede reposicionar el carrete de suministro de alambre en cualquiera de las direcciones X, Y o Z o combinaciones de las mismas, controlando la posición y orientación del carrete, para mantener una posición deseada del alambre 180 metálico en la abertura 120.

En los sistemas de alimentación de alambre metálico proporcionados en el presente documento, el alambre 180 metálico se puede enrollar en un carrete de suministro de alambre y se puede hacer avanzar al interior del gabinete mediante la acción del dispositivo 200 de alimentación de alambre. El alambre 180 metálico puede contener aluminio, hierro, cobalto, cobre, níquel, carbono, titanio, tantalio, tungsteno, niobio, oro, plata, paladio, platino, circonio o una aleación o combinación de los mismos. El alambre 180 metálico puede contener titanio o una aleación de titanio que contenga Ti en combinación con uno o una combinación de Al, V, Sn, Zr, Mo, Nb, Cr, W, Si, y Mn. El alambre 180 metálico puede contener una aleación de titanio seleccionada del grupo formado por Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-45Al-2Nb-2Cr, Ti-47Al-2Nb-2Cr, Ti-47Al-2W-0.5Si, Ti-47Al-2Nb-1Mn-0.5W-0.5Mo-0.2Si, y Ti-48Al-2Nb-0.7Cr-0.3Si. El alambre 180 metálico puede tener una sección transversal sustancialmente circular. El alambre 180 metálico puede tener un diámetro en el intervalo de aproximadamente 0.5 mm a aproximadamente 5 mm.

Los sistemas de alimentación de alambre metálico proporcionados aquí pueden incluir un dispositivo 800 de presión para modular la cantidad de presión ejercida por el rodillo 205 con ranuras sobre el alambre 180 metálico. El dispositivo 800 de presión puede incluir un pistón accionado hidráulica, neumática, mecánica o electrónicamente que cuando se extiende aumenta la presión aplicada al rodillo 205 con ranuras, y que cuando se contrae disminuye la presión aplicada al rodillo 205 con ranuras.

Los sistemas de alimentación de alambre metálico proporcionados en el presente documento pueden incluir un dispositivo 850 de presión para modular la cantidad de presión ejercida por el rodillo 605 con ranuras sobre el alambre 180 metálico. El dispositivo 850 de presión puede incluir un pistón accionado hidráulica, neumática, mecánica o electrónicamente que cuando se extiende aumenta la presión aplicada al rodillo 605 con ranuras, y que cuando se contrae disminuye la presión aplicada al rodillo 605 con ranuras.

El motor 225 del dispositivo 200 de alimentación de alambre se puede conectar al rodillo 220 con ranuras para hacer girar el rodillo 220 mientras el rodillo 220 está en contacto de fricción con el alambre 180 metálico para hacer avanzar el alambre 180 metálico. El motor 625 del dispositivo 600 de tracción de alambre flojo se puede conectar al rodillo 620 con ranuras para girar el rodillo 620 mientras está en contacto de fricción con el alambre 185 flojo para tirar del alambre metálico 185 flojo como resultado de la rotación del rodillo 620 con ranuras. El motor 225 del dispositivo 200 de alimentación de alambre puede funcionar independientemente del dispositivo 600 de tracción de alambre flojo. En los sistemas de alimentación de alambre metálico proporcionados aquí, la combinación de tres o más guías de alambre permite que el alambre 180 metálico se doble para formar un bucle de alambre 185 flojo desde el alambre 180 metálico de una manera que no da como resultado una deformación en el alambre 180 metálico.

Debe entenderse que tanto la descripción general anterior como la descripción detallada siguiente son a manera de ejemplo y explicativas y están destinadas a proporcionar una explicación adicional de la invención como se reivindica. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los dibujos adjuntos, que se incluyen para proporcionar una mayor comprensión de la invención y se incorporan y constituyen una parte de esta especificación, ilustran realizaciones de la invención y junto con la descripción sirven para explicar los principios de la invención.

En los dibujos:

La FIG. 1 es un diagrama que muestra los componentes del sistema alimentador de alambre metálico proporcionado en el presente documento. En el diagrama se muestran la unidad 10 de suministro de alambre, la unidad 20 de tensión de alambre, la unidad 30 de amortiguador de alambre y la unidad 40 de suministro de alambre flojo. Las unidades interactúan para mover un alambre de metal desde una fuente de suministro de alambre hasta el arco de plasma de un soplete de soldadura de un ensamblaje de punta de contacto.

La FIG. 2 es una vista frontal esquemática de una realización del sistema alimentador de alambre metálico proporcionado en el presente que muestra el bucle de alambre flojo dentro del gabinete. El bucle de alambre flojo actúa como un amortiguador de alambre que separa el sistema de suministro de alambre que alimenta el alambre desde un carrete de suministro del dispositivo de tracción del alambre flojo que alimenta el alambre flojo a un arco de plasma o un soplete de soldadura.

La FIG. 3 es una vista distorsionada frontal esquemática que muestra los componentes de una unidad de suministro de alambre a manera de ejemplo.

La FIG. 4 es una vista esquemática en primer plano de una realización del sistema alimentador de alambre metálico proporcionado en el presente documento que muestra la entrada del alambre 180 metálico en el gabinete a través del detector 110 de posición de alambre de entrada y una unidad de recepción de alambre que incluye una primera rueda 130 receptora y segunda rueda 135 receptora.

La FIG. 5 es una vista esquemática en primer plano de una realización del sistema de alambre metálico proporcionado en el presente documento que muestra la unidad de tensión que incluye un dispositivo 800 de presión que alimenta el alambre desde la fuente de alambre al gabinete, una combinación de guías de alambre que forman y mantienen una cantidad de alambre flojo dentro del gabinete, y una unidad de tracción de alambre flojo que incluye un dispositivo 850 de presión que tira de una cantidad del alambre flojo para alimentarlo al arco de plasma del soplete de soldadura. La FIG. 6 es una vista esquemática en primer plano de un de dispositivo 200 de alimentación de alambre a manera de ejemplo.

La FIG. 7 es una vista esquemática en primer plano de una unidad 30 de amortiguador de alambre a manera de ejemplo que incluye una serie de tres guías de alambre 300, 400 y 500, que forman un bucle de alambre flojo.

La FIG. 8 es un primer plano esquemático de un dispositivo 600 de tracción de alambre flojo a manera de ejemplo. Descripción detallada

A. Definiciones

A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen el mismo significado que el que entiende comúnmente un experto en la técnica a la que pertenecen las invenciones. Todas las patentes, solicitudes de patente, solicitudes y publicaciones publicadas, sitios web y otros materiales publicados a los que se hace referencia en toda la divulgación en el presente documento, a menos que se indique lo contrario, se incorporan como referencia en su totalidad. En el caso de que haya una pluralidad de definiciones para los términos en el presente documento, prevalecerán las de esta sección. Cuando se hace referencia a una URL u otro identificador o dirección de este tipo, se entiende que dichos identificadores pueden cambiar y que información particular en internet puede aparecer y desaparecer, pero se puede encontrar información equivalente buscando en internet. La referencia a los mismos evidencia la disponibilidad y difusión pública de dicha información.

Como se usa aquí, las formas singulares "un", "una" y "el/la" incluyen referentes plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario.

Como se usa en el presente documento, los intervalos y cantidades se pueden expresar como "aproximadamente" un valor o intervalo particular. "Acerca de" también incluye la cantidad exacta. Por lo tanto, "aproximadamente 5 por ciento" significa "alrededor del 5 por ciento" y también "5 por ciento". "Aproximadamente" significa dentro de un error experimental típico para la solicitud o el propósito previsto.

Como se usa en el presente documento, "opcional" u "opcionalmente" significa que el evento o circunstancia descrito posteriormente ocurre o no, y que la descripción incluye casos en los que ocurre el evento o circunstancia y casos en los que no.

Por ejemplo, un componente opcional en un sistema significa que el componente puede estar presente o no estar presente en el sistema.

Como se usa en el presente documento, una "combinación" se refiere a cualquier asociación entre dos elementos o entre más de dos elementos. La asociación puede ser espacial o hacer referencia al uso de dos o más elementos para un propósito común.

Como se usa en el presente documento, un "Soplete de Soldadura por Arco de Plasma" o "soplete PAW" se refiere a un soplete de soldadura que puede usarse en la soldadura por arco de plasma. El soplete está diseñado para que un gas se pueda calentar a una temperatura alta para formar plasma y se haga eléctricamente conductor, el plasma luego transfiere un arco eléctrico a una pieza de trabajo, y el intenso calor del arco puede derretir el metal y/o fusionar dos piezas de metal juntas. Una antorcha PAW puede incluir una boquilla para estrechar el arco aumentando así la densidad de potencia del arco. El gas de plasma típicamente es argón. El gas de plasma puede alimentarse a lo largo del electrodo e ionizarse y acelerarse en las proximidades de un cátodo. El arco se puede dirigir hacia la pieza de trabajo y es más estable que un arco de combustión libre (tal como en un soplete TIG). El soplete PAW también tiene típicamente una boquilla exterior para proporcionar un gas protector. El gas protector puede ser argón, helio o combinaciones de los mismos, y el gas protector ayuda a minimizar la oxidación del metal fundido. En un soplete PAW, la corriente típicamente puede ser de hasta aproximadamente 400 A, y el voltaje típicamente puede estar entre aproximadamente 25 - 35 V (pero puede ser de hasta aproximadamente 14 kW). La invención no está vinculada a ninguna elección o tipo específico de soplete PAW. Se puede utilizar cualquier dispositivo conocido o concebible que pueda funcionar como soplete PAW. Un soplete PAW a manera de ejemplo es un soplete de arco de transferencia de plasma (PTA).

El término "soplete de arco de transferencia de plasma" o "soplete de PTA" como se usa indistintamente en el presente documento se refiere a cualquier dispositivo capaz de calentar y excitar una corriente de gas inerte a plasma mediante una descarga de arco eléctrico y luego transferir el flujo de gas de plasma incluyendo el arco eléctrico fuera a través de un orificio (tal como una boquilla) para formar una pluma restringida que se extiende fuera del orificio y transfiere el calor intenso del arco a una región objetivo. El electrodo y la región objetivo se pueden conectar eléctricamente a una fuente de potencia de corriente continua de modo que el electrodo del soplete PTA se convierta en el cátodo y la región objetivo se convierta en el ánodo. Esto asegurará que la columna de plasma, incluyendo el arco eléctrico, entregue un flujo de calor altamente concentrado a una pequeña área de superficie de la región objetivo con un excelente control de la extensión del área y la magnitud del flujo de calor que se suministra desde el soplete PTA. Un arco de transferencia de plasma tiene la ventaja de proporcionar arcos estables y consistentes con poca desviación y buena tolerancia a las desviaciones de longitud entre el cátodo y el ánodo. Por lo tanto, el soplete de PTA es adecuado tanto para formar un baño fundido en el material base como para calentar y fundir la alimentación de alambre metálico. El soplete PTA puede tener ventajosamente un electrodo hecho de tungsteno y una boquilla hecha de cobre. Sin embargo, la invención no está vinculada a ninguna elección o tipo específico de soplete PTA. Puede usarse cualquier dispositivo conocido o concebible capaz de funcionar como un soplete PTA que proporcione una fuente de calor estable para fundir el alambre del electrodo metálico.

El término "densidad de potencia" como se usa en el presente documento se refiere a una cantidad de potencia que se distribuye a una unidad de área, por ejemplo, desde un arco de plasma, rayo láser o rayo de electrones.

El término "material metálico", como se usa en el presente documento, se refiere a cualquier metal o aleación metálica conocido o concebible que pueda formarse en un alambre y emplearse en un proceso de fabricación de forma libre sólida para formar un objeto tridimensional. Los ejemplos de materiales adecuados incluyen, pero no se limitan a; titanio y aleaciones de titanio tal como, por ejemplo, aleaciones de Ti-6Al-4V.

El término "material metálico similar", como se usa en el presente documento, significa que el material metálico es del mismo metal o aleación metálica que el material metálico de referencia.

El término "sustrato de sujeción" como se usa en el presente documento se refiere al sustrato objetivo sobre el cual se deposita material adicional, igual o diferente al del sustrato de sujeción, usando la técnica de SFFF o fabricación de forma libre sólida para formar una pieza de trabajo. En realizaciones a manera de ejemplo, el sustrato de sujeción es una hoja plana. En realizaciones alternativas, el sustrato de sujeción puede ser una parte forjada. En realizaciones alternativas, el sustrato de sujeción puede ser un objeto sobre el que se va a depositar material adicional. En formas de realización a manera de ejemplo, el sustrato de sujeción puede convertirse en parte de la pieza de trabajo. El material para el sustrato de sujeción puede ser un metal o una aleación metálica. En realizaciones a manera de ejemplo, el sustrato de sujeción está hecho del mismo metal que el material de alimentación de alambre.

Como se usa en el presente documento, los términos primero, segundo, tercero, etc. pueden usarse en el presente documento para describir diversos elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones, estos elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones no deben estar limitados por estos términos. Estos términos solo pueden usarse para distinguir un elemento, componente, región, capa o sección de otra región, capa o sección. Términos tales como "primero", "segundo" y otros términos numéricos cuando se usan en el presente documento no implican una secuencia u orden a menos que se indique claramente en el contexto. Por lo tanto, un primer elemento, componente, región, capa o sección que se describe a continuación podría denominarse un segundo elemento, componente, región, capa o sección sin apartarse de las enseñanzas de las realizaciones de ejemplo.

El término "material base", como se usa en el presente documento, se refiere al material objetivo para recibir material metálico fundido para formar un objeto tridimensional. El material base será el sustrato de sujeción al depositar la primera capa de material metálico. Cuando se hayan depositado una o más capas de material metálico sobre el sustrato de sujeción, el material base será la capa superior de material metálico depositado que va a haber depositado una nueva capa de material metálico.

Como se usa en el presente documento, "alambre flojo" se refiere a la parte del alambre que no se mantiene tensa o que no se mantiene bajo tensión.

Como se usa en el presente documento, "deposición directa de metal" se refiere al proceso de fabricación aditivo en capas o tecnología de impresión 3D, en el que una pieza de trabajo se produce a partir de un modelo de diseño asistido por ordenador.

Como se usa en el presente documento, "superficie mejorada por fricción" se refiere a una superficie que ha sido modificada para exhibir más fricción que una superficie lisa sin tratar del mismo material. Las modificaciones de la superficie que mejoran la fricción pueden incluir raspar la superficie, o incluir salientes sobre la superficie o proporcionar una superficie arenosa. La superficie modificada puede mejorar el contacto por fricción (en comparación con una superficie no modificada) con la superficie modificada y otra superficie, tal como un alambre de metal en contacto con la superficie, para minimizar el deslizamiento entre la superficie modificada y la superficie en la que s está en contacto.

Como se usa en el presente documento, el término "pieza de trabajo" se refiere a un cuerpo de metal que se produce usando una fabricación de forma libre sólida.

El término "modelo de diseño asistido por ordenador" o "modelo CAD" como se usa indistintamente en el presente documento se refiere a cualquier representación tridimensional virtual conocida o concebible del objeto que se va a formar que pueda emplearse en el sistema de control de la disposición de acuerdo con el segundo aspecto de la invención: regular la posición y el movimiento del sustrato de sujeción y operar el soplete de soldadura con el alimentador de alambre integrado de manera que se construya un objeto físico fusionando depósitos sucesivos del material metálico sobre el sustrato de sujeción en un patrón que da como resultado la construcción de un objeto físico de acuerdo con el modelo virtual tridimensional del objeto. Esto se puede obtener, por ejemplo, formando un modelo en capas vectorizado virtual del objeto tridimensional dividiendo primero el modelo tridimensional virtual en un conjunto de capas horizontales paralelas virtuales y luego dividiendo cada una de las capas paralelas en un conjunto de piezas virtuales cuasi unidimensionales. Entonces, el objeto físico puede formarse acoplando el sistema de control para depositar y fusionar una serie de piezas cuasi unidimensionales del material metálico que se alimentan sobre el sustrato de soporte en un patrón de acuerdo con la primera capa del modelo virtual en capas vectorizado del objeto. Luego, repitiendo la secuencia para la segunda capa del objeto depositando y fusionando una serie de piezas cuasi unidimensionales del material soldable sobre la capa depositada anteriormente en un patrón de acuerdo con la segunda capa del modelo virtual en capas vectorizado del objeto. La deposición continúa con base en la repetición del proceso de deposición y fusión capa por capa para cada capa sucesiva del modelo virtual en capas vectorizado del objeto hasta que se forma todo el objeto. Sin embargo, la invención no está ligada a ningún modelo CAD específico y/o software de ordenador para ejecutar el sistema de control de la disposición de acuerdo con la invención, y tampoco está ligada a ningún tipo específico de sistema de control. Se puede emplear cualquier sistema de control conocido o concebible (modelo CAD, software informático, hardware y actuadores informáticos, etc.) capaz de construir objetos metálicos tridimensionales mediante fabricación sólida de forma libre siempre que el sistema de control se ajuste para operar por separado un primer soplete PAW para precalentar una superficie y/o formar el baño fundido, y un segundo soplete PAW para fundir el alambre de alimentación de material metálico en el baño fundido.

B. Sistema de alimentación de alambre metálico

Se ha determinado que la rata de deposición de metal fundido en una pieza de trabajo de formación que se fabrica utilizando deposición directa de metal (por ejemplo, fabricación aditiva) se puede aumentar utilizando un sistema de alimentación de alambre metálico que mantiene como un amortiguador una cantidad de alambre flojo dentro de un gabinete en la posición adecuada para que el alambre metálico pueda alimentarse continuamente al arco de plasma de un soplete de soldadura de un ensamblaje de punta de contacto. Un diagrama de un sistema de alimentación de alambre de metal representativo se muestra en la FIG. 1. El sistema incluye una unidad 10 de suministro de alambre, una unidad 20 de tensión de alambre, una unidad 30 de amortiguador de alambre y una unidad 40 de suministro de alambre flojo. Aunque las unidades se muestran esquemáticamente separadas entre sí, dos o más o todas las unidades pueden estar contenidas dentro de una sola estructura, tal como una cámara o carcasa.

Puede obtenerse una apreciación más completa de la presente invención y su alcance a partir de los dibujos adjuntos, que se resumen brevemente a continuación, de las siguientes descripciones detalladas de las realizaciones actualmente preferidas de la invención y de las reivindicaciones adjuntas. En la FIG. 2 se muestra una vista esquemática de una porción de un sistema de alimentación de alambre metálico a manera de ejemplo, que no representa la unidad de suministro de alambre.

Los componentes de una unidad 10 de suministro de alambre a manera de ejemplo se muestran en la FIG. 3. La unidad 10 de suministro de alambre contiene componentes que permiten proporcionar alambre 180 metálico a la unidad 20 de tensión de alambre. Como se muestra en la FIG. 3, el alambre 180 metálico puede suministrarse al sistema de alimentación de alambre desde un carrete 50 de suministro de alambre metálico. El carrete 50 de suministro de alambre puede montarse para girar alrededor de un pivote 55 sobre un elemento 60 de soporte vertical que está conectado de forma móvil a un elemento 65 de soporte transversal que está conectado de forma móvil a un primer soporte 70 lateral y un segundo soporte 71 lateral. El pivote 55 está conectado de forma móvil a un elemento 60 de soporte vertical para permitir que el pivote 55 y el carrete 50 de suministro de alambre se muevan verticalmente (hacia arriba y hacia abajo con respecto al suelo) sobre el eje Y, permitiendo que el carrete 50 de suministro se eleve o baje en relación con el suelo. Esto permite que el alambre 180 metálico que sale del carrete 50 de suministro se mantenga a la misma altura que la abertura de entrada al gabinete que contiene la unidad de tensión de alambre, la unidad de amortiguación de alambre y la unidad de suministro de alambre flojo.

El elemento 60 de soporte vertical puede incluir un sistema de elevación hidráulico, neumático, mecánico o eléctrico para ajustar la posición vertical del pivote 55 para modular la posición vertical del carrete 50 de suministro de alambre metálico. Un sistema de pista motorizado se representa en la FIG. 3, pero se puede utilizar cualquier sistema de elevación. Los cambios en la posición vertical del carrete 50 de suministro de alambre metálico permiten que el desenrollado del alambre 180 metálico del carrete 50 de suministro se mantenga sustancialmente a la misma altura a la que se retira el alambre del carrete, lo que direcciona la disminución del diámetro del alambre que se enrolla en el carrete 50 de suministro a medida que se desenrolla el alambre del carrete.

El elemento 60 de soporte vertical está conectado de forma móvil a un elemento 65 de soporte transversal para permitir que el elemento 60 de soporte vertical se mueva horizontalmente (hacia la izquierda y la derecha cuando se ve desde la perspectiva representada en la FIG. 3) alrededor del eje X. Esto permite reposicionar el carrete 50 de suministro de alambre más cerca o más lejos del gabinete del sistema de alimentación de alambre. El elemento 65 de soporte transversal puede incluir un sistema hidráulico, neumático, mecánico o eléctri

60 de soporte vertical para modular la posición horizontal del carrete 50 de suministro de alambre metálico. Un sistema de pista motorizado se representa en la FIG. 3, pero se puede utilizar cualquier sistema de reposicionamiento para ajustar la posición del elemento 60 de soporte vertical.

El elemento 65 de soporte transversal está unido de forma móvil a los elementos 70 y 71 de soporte lateral, lo que permite que el elemento 65 de soporte transversal se mueva hacia adelante y hacia atrás (hacia y lejos cuando se ve desde la perspectiva representada en la FIG. 3) alrededor del eje Z. Esto permite reposicionar el alambre 180 metálico que se desenrolla del carrete 50 de suministro de alambre metálico con el fin de mantener el alambre 180 metálico sustancialmente dentro del centro de la abertura 120 del dispositivo 110 de detección (mostrado en detalle en la FIG.

7) a medida que el alambre se desenrolla del carrete 50 de suministro. Cada uno de los elementos 70 y 71 de soporte lateral puede incluir un sistema hidráulico, neumático, mecánico o eléctri

de soporte transversal para modular la posición del carrete 50 de suministro de alambre metálico. Un sistema de pista motorizado se representa en la FIG. 3, pero se puede utilizar cualquier sistema de reposicionamiento para ajustar la posición del elemento 65 de soporte transversal.

El soporte 70 lateral se puede unir al soporte 72 de montaje trasero y el soporte 74 de montaje frontal, los cuales se pueden fijar de forma desmontable al suelo, tal como mediante pernos y tuercas a través de una placa de montaje. El soporte 71 lateral se puede unir al soporte 73 de montaje delantero y al soporte 75 de montaje trasero, que se puede fijar de forma desmontable al suelo, tal como mediante pernos y tuercas a través de una placa de montaje. Los soportes 72 y 73 de montaje frontales o los soportes 74 y 75 de montaje traseros se pueden unir entre sí mediante una viga transversal. La FIG. 2 muestra los soportes 74 y 75 de montaje traseros unidos entre sí mediante una viga 78 transversal.

Un sistema de control (no mostrado) puede recibir señales del dispositivo 110 de detección (mostrado en las FIGS. 2 y 4 y parcialmente en la FIG. 5) del sistema de alimentación de alambre para reposicionar el carrete de suministro de alambre metálico en la dirección X, Y o Z con el fin de mantener la posición deseada del alambre 180 metálico cuando ingresa al gabinete a través de la abertura 120 de entrada. El sistema de control puede incluir un procesador de ordenador o unidad central de procesamiento (CPU), pantalla de CPU, uno o más fuentes de potencia, conexiones de suministro de potencia, módulos de señales tal como entradas y/o salidas, blindaje integrado de señales analógicas, dispositivos de almacenamiento, placas de circuitos, chips de memoria u otro medio de almacenamiento, un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador que tiene un programa legible por ordenador incorporados en el mismo, o cualquier combinación de los mismos. El programa legible por ordenador puede contener software apropiado para automatizar parcial o completamente cualquiera de los sistemas o una combinación de ellos. El programa legible por ordenador puede contener software apropiado para monitorizar y/o ajustar un parámetro. Los parámetros a manera de ejemplo incluyen el estado de uno o más de los sensores, la tensión del alambre metálico, la rata a la que el alambre metálico pasa por una posición objetivo, la cantidad de alambre metálico que queda en el carrete de suministro de alambre o cualquier combinación de los mismos. Los sistemas de control a manera de ejemplo incluyen, entre otros, el SIMATIC-S7-1500 de Siemens AG (Múnich, Alemania), el sistema IndraMotion MTX disponible de Bosch Rexroth AG (Lohr am Main, Alemania) y el sistema informático industrial compacto SIGMATEK C-IPC disponible en SIGMATEK GmbH & Co. KG (Lamprechtshausen, Austria).

El sistema de control puede incluir un ordenador capaz de ejecutar un programa que pueda dirigir la activación de los mecanismos de reposicionamiento de cualquiera o combinación de la posición vertical del pivote 55, la posición del elemento 60 de soporte vertical y la posición de elemento 65 de soporte transversal en las direcciones necesarias para mantener el alambre 180 metálico sustancialmente en el centro de la abertura 120 del gabinete que contiene el dispositivo 200 de alimentación de alambre, incluyendo la unidad amortiguadora de alambre una serie de tres guías 300, 400 y 500 de alambre, utilizadas para formar el bucle de alambre 185 flojo, y el dispositivo 600 de tracción de alambre flojo, que tira del alambre 185 flojo y lo alimenta fuera de la guía 1000 de salida de cámara a través del gabinete (véase la FIG. 2).

Se ha determinado que la rata de deposición de metal fundido en una pieza de trabajo de formación se puede aumentar utilizando un sistema de alimentación de alambre metálico que mantenga una cantidad de alambre flojo dentro de un gabinete en la posición adecuada de modo que el alambre metálico pueda ser continuamente alimentado al arco de plasma de un soplete de soldadura y mantenido en una posición predeterminada dentro del arco de plasma del soplete de soldadura. El bucle de alambre flojo puede actuar como un amortiguador para mantener una velocidad de alimentación de alambre estable y confiable, asegurando una rata de entrada de masa estable para el proceso de producción. Las inestabilidades pueden conducir no solo a una deposición inestable, sino también a quemar el alambre y detener la producción. El bucle de alambre flojo puede minimizar las inestabilidades en la velocidad, tensión o posición del alambre. La velocidad de alimentación del alambre se puede mantener sustancialmente constante de modo que el alambre metálico se alimente continuamente al arco de plasma del soplete de soldadura para fundirlo en una pieza de trabajo. La alimentación continua de alambre de metal al soplete de soldadura evita una deposición irregular o discontinua de metal en la pieza de trabajo. Cualquier discontinuidad involuntaria de la deposición puede resultar en imperfecciones, irregularidades y fallas en la pieza de trabajo, que en última instancia podrían conducir a la delaminación, fatiga o agrietamiento del producto final, volviéndolo potencialmente inutilizable para el propósito previsto. El aumento de la rata de alimentación continua de alambre metálico también permite que aumente la rata de deposición de metal fundido en la pieza de trabajo, aumentando la eficiencia del proceso de fabricación de forma libre.

Haciendo referencia a la FIG. 1, la unidad 20 de tensión de alambre se puede controlar independientemente de la unidad 40 de suministro de alambre flojo. En consecuencia, el alambre de metal se puede alimentar al gabinete desde una unidad 10 de suministro de alambre mediante la acción de la unidad 20 de tensión de alambre a una rata que puede ser diferente o sustancialmente igual a la rata a la que el alambre flojo se proporciona al arco de plasma del soplete de soldadura fuera del gabinete de alimentación de alambre por la acción de la unidad 40 de suministro de alambre flojo. Con esta disposición, la cantidad de alambre alimentado al gabinete por la acción de la unidad 20 de tensión de alambre puede ser independiente de la cantidad de alambre flojo tirado por la unidad de suministro de alambre flojo para alimentar el arco de plasma del soplete de soldadura.

En general, el alambre metálico se puede proporcionar en un carrete de suministro en el que se enrolla el alambre metálico. Con el fin de proporcionar el alambre de metal al gabinete, es necesario rotar toda la masa de alambre enrollado en el carrete de suministro. Los efectos de masa e inercia al retirar el alambre del carrete de suministro de alambre mediante la unidad de tensión pueden aislarse del alambre provisto por el soplete de soldadura mediante el bucle de alambre flojo dentro del gabinete. Debido a que los efectos de masa e inercia de retirar el alambre del carrete de la fuente de alambre están aislados del alambre que se entrega al soplete de soldadura, se minimiza el deslizamiento del alambre dentro del gabinete. Además, cualquier efecto de inercia del carrete de suministro de alambre que pudiera resultar en que el alambre fuera tirado hacia atrás hacia el carrete de suministro de alambre sería eliminado por el bucle de alambre flojo, lo que haría posible suministrar un suministro continuo de alambre metálico al arco de plasma del soplete de soldadura, minimizando cualquier deposición discontinua no deseada de metal fundido sobre la pieza de trabajo. Debido a que se proporciona un suministro continuo de alambre metálico al arco de plasma del soplete de soldadura, el proceso de deposición se puede mantener de manera uniforme y continua.

El alambre metálico se puede alimentar desde la unidad 10 de suministro de alambre al gabinete utilizando la unidad 20 de tensión de alambre. Como se muestra en las FIGS. 2, 4 y 5, el sistema de alimentación de alambre puede incluir un dispositivo 110 de detección que contiene una abertura 120 a través de la cual un alambre 180 metálico del carrete 50 de suministro de alambre puede alimentarse en el gabinete. El alambre 180 metálico se puede mantener sustancialmente en el centro de la abertura 120 mediante una fuerza de tensión ejercida por el dispositivo 200 de alimentación de alambre. Como se muestra en la FIG. 4, el alambre 180 metálico puede ingresar al gabinete a través de la abertura 120 en el dispositivo 110 de detección y puede desplazarse a través de una unidad receptora de alambre que contiene una rueda 130 receptora pasiva y una rueda 135 receptora pasiva, que juntas forman un canal entre ellas a través del cual el alambre 180 metálico puede pasar. La rueda 130 receptora o la rueda 135 receptora opcionalmente pueden ser empujadas por un resorte para acoplarse con el alambre 180 metálico. Refiriéndose a la FIG. 5, el alambre 180 metálico puede avanzar a través de los soportes 140 y 145 opcionales mediante la fuerza de tracción ejercida sobre el alambre 180 metálico entre el rodillo 205 con ranuras pasivo y el rodillo 220 con ranuras motorizado. Los soportes 140 y 145 se pueden utilizar como plataformas de montaje para otros dispositivos. Por ejemplo, se puede montar una cámara para observar el alambre 180 metálico cuando entra en el gabinete en el soporte 140. Se puede montar un cepillo para eliminar cualquier material suelto o suciedad en el soporte 145. En algunas configuraciones, se omiten los soportes 140 y 145.

Haciendo referencia a la FIG. 2, el gabinete puede incluir una placa 900 trasera que defina la porción trasera del gabinete. Unido a la placa 900 trasera hay un marco 100, al que se unen paredes laterales que definen los bordes laterales exteriores del gabinete (no se muestra en la figura). Opcionalmente, se puede conectar un techo y un piso a las paredes laterales (no se muestran en la figura) y, cuando están presentes, se pueden definir la parte superior e inferior del gabinete, respectivamente. Una ventana 103 transparente superior se puede conectar al marco 100 mediante bisagras (no mostradas), y dos puertas 104 transparentes inferiores están conectadas al marco 100 mediante bisagras 101. La ventana 103 transparente y las dos puertas 104 transparentes inferiores forman la parte frontal del gabinete. Las ventanas y puertas pueden estar hechas de cualquier material, tal como vidrio, acrílico (polimetilmetacrilato o PMMA), polietilen tereftalato glicol modificado (PETG) o policarbonato. Las ventanas y puertas transparentes permiten la visualización del sistema de alimentación de alambre metálico sin necesidad de abrir la ventana o las puertas de los gabinetes. Los sensores 122 se pueden colocar alrededor de la abertura 120 para determinar la posición del alambre 180 metálico a medida que se mueve dentro de la abertura 120 hacia el interior del gabinete. Los sensores 122 pueden enviar información a un sistema de control (no mostrado) que puede reposicionar el carrete de suministro de alambre metálico en la dirección X, Y y/o Z con el fin de mantener la posición deseada del alambre 180 metálico cuando ingresa en el gabinete a través de la abertura 120. Los sensores a manera de ejemplo incluyen sensores ópticos, sensores de fibra óptica, sensores de proximidad, sensores fotoeléctricos, sensores magnéticos y combinaciones de los mismos. Estos sensores están disponibles comercialmente (véase, por ejemplo, Industrial Automation - Omron Corporation, Kyoto, Japón). En algunas configuraciones, se puede colocar una serie de sensores de fibra óptica alrededor de la apertura 120.

Todavía con referencia a la FIG. 2, una guía 1000 de salida de gabinete puede dirigir el alambre 180 metálico fuera del gabinete y dentro de la guía de alambre del soplete de soldadura por arco de plasma. La guía 1000 de salida de gabinete se puede colocar en la pared lateral del gabinete directamente en línea con el dispositivo 110 de detección y paralela al mismo de modo que resulte una línea recta si la abertura 120 del dispositivo 110 de detección y la guía 1000 de salida de gabinete estaban conectadas. El gabinete protege el alambre de un contacto accidental y prohíbe que el alambre 180 metálico se toque con las manos desnudas. Esto puede minimizar la contaminación del alambre, lo cual es deseable porque la contaminación del alambre podría causar imperfecciones en el producto de trabajo depositado. El gabinete puede incluir uno o más sensores que monitorizan el estado de la ventana 102 y/o las puertas 104. El sistema de control puede programarse para que el proceso de deposición se detenga siempre que la ventana 102 y/o una de las puertas 104 estén abiertas. Los sensores a manera de ejemplo incluyen sensores de contacto eléctrico, sensores ópticos, sensores de proximidad, sensores fotoeléctricos, sensores magnéticos y combinaciones de los mismos. Por ejemplo, se puede utilizar un sensor de proximidad cilíndrico (Industrial Automation - Omron Corporation, Kyoto, Japón) en la ventana, en las puertas o en ambas.

Una unidad de tensión de alambre a manera de ejemplo incluye un dispositivo de alimentación de alambre que puede incluir un rodillo motorizado que hace contacto por fricción con el alambre que se alimenta desde el carrete de suministro de alambre. Un motor puede hacer girar el rodillo para alimentar alambre de metal en el gabinete. Se puede utilizar cualquier tipo de motor. Los motores a manera de ejemplo incluyen motores de derivación, motores en serie, motores compuestos, motores de inducción, motores síncronos, motores paso a paso, motores de DC, motores de DC sin escobillas, motores universales, motores de reluctancia y motores de histéresis. El motor que acciona el rodillo de suministro de alambre puede ser un motor de DC convencional que es accionado por una señal de control de potencia. La señal de control de potencia puede tener una característica de ciclo de trabajo repetitivo que define un tiempo de encendido durante el cual se suministra potencia y un tiempo de apagado durante el cual no se suministra potencia. El motor se puede unir directamente al rodillo, o el rodillo se puede unir al eje del motor o a un eje unido al motor. Se puede utilizar un cabezal de engranaje reductor de velocidad para conectar el motor al rodillo. El uso de una señal de control de potencia con una característica de ciclo de trabajo para hacer funcionar el motor permite un control preciso sobre el avance del alambre debido a la capacidad de controlar y evitar la inercia rotacional o los efectos de retroceso. En consecuencia, no se suministra una cantidad excesiva de alambre adicional al gabinete, sino que solo se introduce una cantidad suficiente en el gabinete para mantener la cantidad deseada de alambre flojo. El motor que acciona el rodillo de suministro de alambre puede ser un motor paso a paso que permite avanzar una cantidad precisa de alambre desde el carrete de suministro de alambre al gabinete controlando electrónicamente el número de pulsos de potencia suministrados al motor de accionamiento.

Un dispositivo 200 de alimentación de alambre a manera de ejemplo se muestra en la FIG. 6. El alambre 180 metálico del carrete 50 de suministro (mostrado en la FIG. 3) se alimenta al gabinete mediante la acción del dispositivo 200 de alimentación de alambre que incluye un rodillo 220 con ranuras motorizado unido a un motor 225 y un rodillo 205 con ranuras pasivo. El motor 225 puede ser cualquier motor, tal como un motor convencional de corriente continua (DC) accionado por una señal de control de potencia, o puede ser un motor paso a paso que permite avanzar una cantidad precisa de alambre desde el carrete de suministro de alambre al gabinete controlando electrónicamente el número de pulsos de comando eléctrico suministrados al motor de accionamiento. El alambre 180 metálico se dirige a una posición entre la ranura del rodillo 220 con ranuras motorizado unido al motor 225 y la ranura del rodillo 205 con ranuras pasivo. El rodillo 205 con ranuras y el rodillo 220 con ranuras pueden incluir salientes en la ranura que pueden acoplarse con el alambre 180 metálico y tirar del alambre 180 metálico a través de la ranura entre los rodillos. Los salientes en la ranura pueden aumentar las fuerzas de fricción entre la ranura del rodillo y el alambre 180 metálico permitiendo que los rodillos se acoplen por fricción con el alambre 180 metálico y lo hagan avanzar a través del rodillo.

El rodillo 205 con ranuras pasivo y rodillo 220 con ranuras motorizado típicamente están hechos de acero, pero pueden estar hechos de otras aleaciones, tal como la aleación de níquel-cromo Inconel®, la aleación de níquel-cobre Monel® o aleaciones de cobre-níquel-estaño ToughMet®. Cuando el rodillo está hecho o contiene acero, el acero puede ser acero al carbono o acero inoxidable. Aceros a manera de ejemplo incluyen S355, S355JR, S355J2, S355J2+N y S450J0. Los rodillos con ranuras están disponibles comercialmente (por ejemplo, de Products for Industry, Inc., Brighton, CO, EE. UU., Y SBI International, Hollabrun, Austria).

La cantidad de presión perpendicular ejercida por el rodillo 205 con ranuras pasivo sobre el alambre 180 metálico se puede ajustar mediante la selección de la configuración de la ranura en el rodillo 205 con ranuras, así como la presión ejercida por el dispositivo 800 de presión. El rodillo puede tener una ranura en V, una ranura en U, una ranura cónica, una ranura cilíndrica, una ranura de 60 °, una ranura de 90 ° o una ranura tipo polea. El aumento de la presión ejercida por el dispositivo 800 de presión aumenta la presión de apriete ejercida por el rodillo 205 con ranuras sobre el alambre. Si el dispositivo 800 de presión ejerce muy poca presión, puede producirse un deslizamiento del alambre 180 metálico entre el rodillo 205 con ranuras y el rodillo 220 con ranuras. Si el dispositivo 800 de presión ejerce demasiada presión, puede producirse la deformación del alambre 180 metálico. Se puede aplicar una presión de hasta 3 bares con el dispositivo 800 de presión. El dispositivo 800 de presión puede incluir un pistón accionado hidráulica, neumática, mecánica o electrónicamente que cuando se extiende aumenta la presión aplicada al rodillo 205 con ranuras, y cuando se contrae disminuye la presión aplicada al rodillo 205 con ranuras. La acción del motor 225 crea tensión en el alambre 180 metálico entre el rodillo 220 con ranuras motorizado y el carrete 50 de suministro de alambre. El alambre 180 metálico puede mantenerse sustancialmente en el centro de la abertura 120 mediante esta fuerza de tensión.

Después de pasar por el paso creado entre el rodillo 205 con ranuras pasivo y el rodillo 220 con ranuras motorizado, el alambre 180 metálico se desplaza hasta la unidad 30 de amortiguador de alambre, que incluye una combinación de guías de alambre que contienen rodillos pasivos con ranuras para formar un bucle de alambre 185 flojo dentro del gabinete. Una configuración a manera de ejemplo de guías de alambre para la unidad 30 de amortiguador de alambre se muestra en la FIG. 7. En la configuración representada en la FIG. 7, se utiliza una serie de tres guías 300, 400 y 500 de alambre pasivas para formar el bucle de alambre flojo. Los rodillos con ranuras de las guías 300, 400 y 500 de alambre son lisos y, por lo general, están hechos de acero. El acero puede ser acero al carbono o acero inoxidable. Aceros a manera de ejemplo incluyen S355, S355JR, S355J2, S355J2+N y S450J0. Después de dejar el rodillo 220 con ranuras motorizado, el alambre 180 metálico entra en una primera ranura de una guía 300 de alambre con ranuras dobles que contiene un rodillo 305 con ranuras dobles y un rodillo 320 con ranuras dobles. El rodillo 305 se puede unir a un brazo 310, que se puede conectar de forma pivotante a la placa 900 trasera de modo que el brazo 310 pueda girar pasivamente alrededor del eje de conexión en un plano paralelo a la placa 900 trasera. El rodillo 305 puede ser empujado por un resorte conectado al soporte 330 en acoplamiento con el alambre 180 metálico.

El alambre 180 metálico es guiado a través del canal formado entre el rodillo 305 y 320 de la guía 300 de alambre y se desplaza hacia una guía 400 de alambre colocada a la derecha y debajo del rodillo 320 con ranuras dobles de la guía 300 de alambre. La guía 400 de alambre puede contener un rodillo 405 con ranuras y un rodillo 420 con ranuras. El rodillo 405 se puede unir a un brazo 410, que se puede conectar de manera pivotante a la placa 900 trasera de modo que el brazo 410 pueda girar pasivamente alrededor del eje de conexión en un plano paralelo a la placa 900 trasera. El rodillo 405 puede ser empujado por un resorte conectado al soporte 430 en acoplamiento con el alambre 180 metálico.

El alambre 180 metálico se guía a través del canal formado entre los rodillos 405 y 420 de la guía 400 de alambre y forma un bucle de alambre flojo a medida que se desplaza hacia la guía 500 de alambre, que se coloca a la izquierda y debajo del rodillo 320 con ranuras dobles, como se muestra en la FIG. 2. La guía 500 de alambre contiene un rodillo 505 con ranuras y un rodillo 520 con ranuras. El rodillo 505 se puede unir al brazo 510, que se puede conectar de forma pivotante a la placa 900 trasera para que el brazo 510 pueda girar pasivamente sobre el eje de conexión en un plano paralelo a la placa 900 trasera. El rodillo 505 puede ser empujado por un resorte conectado al soporte 530 en acoplamiento con el alambre 180 metálico. El alambre 180 metálico entre las guías 400 y 500 de alambre forma un solo bucle de alambre 185 flojo. El bucle de alambre 185 flojo puede tener una forma ovalada debido a los efectos de la gravedad sobre el alambre de metal sin soporte entre las guías 400 y 500 de alambre.

Cuanto más flojo sea el alambre que se permita entrar en el gabinete, mayor será el bucle único del alambre 185 flojo. El bucle de alambre 185 flojo actúa como un amortiguador para asegurarse de que haya suficiente alambre 180 metálico en la orientación correcta para mantenerse al día con las demandas del proceso de deposición. Cuando el proceso de deposición se realiza a velocidades más altas, se puede permitir más alambre 180 metálico en el gabinete y el bucle de alambre 185 flojo puede ser relativamente grande de modo que pueda ocupar una gran porción del gabinete. Cuando el proceso de deposición se realiza a una velocidad más lenta, se requiere menos alambre flojo y, por lo tanto, se puede permitir menos alambre 180 metálico en el gabinete y el bucle de alambre 185 flojo puede ser más pequeño de modo que ocupe una porción más pequeña del gabinete.

El sistema de alimentación de alambre metálico proporcionado en el presente documento puede incluir un dispositivo 700 de detección de bucle que puede detectar la presencia del bucle de alambre flojo en el gabinete. Un ejemplo de dispositivo sensor de bucle puede incluir una pluralidad de sensores, como se muestra en la FIG. 2. Como se muestra en la FIG. 2, el dispositivo 700 de detección de bucle incluye los sensores 710, 720, 730 y 740 que pueden usarse para determinar la cantidad de alambre flojo dentro del gabinete. Los sensores pueden estar en comunicación con un sistema de control que responda a la retroalimentación recibida de los sensores. Cada sensor por separado puede enviar una señal al sistema de control cuando el sensor detecta el alambre 180 metálico. En respuesta a la señal del sensor, el sistema de control puede modular el suministro de alambre adicional que se extrae de la fuente de alambre al gabinete, regulando así el tamaño del bucle de alambre flojo y, por lo tanto, la cantidad de alambre flojo dentro del gabinete. Los sensores a manera dejemplo incluyen sensores ópticos, sensores de fibra óptica, sensores de proximidad, sensores fotoeléctricos, sensores magnéticos y combinaciones de los mismos. Estos sensores están disponibles comercialmente (véase, por ejemplo, Industrial Automation - Omron Corporation, Kyoto, Japón). En algunas configuraciones, los sensores 710, 720, 730 y 740 son sensores de fibra óptica o sensores de proximidad, que no requieren contacto con el alambre flojo.

Por ejemplo, en la realización ejemplificada mostrada en la FIG. 2, a medida que se introduce alambre 180 metálico adicional en el gabinete mediante las acciones del dispositivo 200 de alimentación de alambre, la parte inferior del bucle del alambre 185 flojo comienza a descender. Debido al posicionamiento de las guías 300, 400 y 500 de alambre, y al efecto de la gravedad sobre el alambre flojo no soportado, el bucle de alambre 185 flojo generalmente tiene una forma ovalada. Cuando la parte inferior del bucle de alambre 185 flojo está cerca del sensor 720, el sensor 720 envía una señal al sistema de control. El sistema de control está preprogramado para alimentar más alambre al gabinete en respuesta a la señal del sensor 720. A medida que se alimenta más alambre 180 metálico al gabinete, la parte inferior del bucle de alambre flojo desciende. Cuando la parte inferior del bucle de alambre 185 flojo está cerca del sensor 730, el sensor 730 envía una señal al sistema de control. El sistema de control está preprogramado para alimentar menos alambre al gabinete en respuesta a la señal del sensor 730. La interacción entre la parte inferior del bucle del alambre 185 flojo y los sensores 720 y 730 puede resultar en un suministro sustancialmente constante de alambre flojo dentro del gabinete para suministrar el arco de plasma del soplete de soldadura durante el proceso de deposición.

En el caso de que el proceso de deposición se ralentiza considerablemente, la parte inferior del bucle de alambre 185 flojo desciende hacia el piso del gabinete y entra en la proximidad de y se detecta por el sensor 740. Con el fin de evitar un exceso de alambre flojo de la recogida en el gabinete, que podría enredarse consigo misma o de otra manera obstaculizar el paso fácil de alambre a través del sistema, el sistema de control se puede programar de manera que cuando se recibe una señal del sensor 740, el motor 225 se detiene para dejar de alambre 180 metálico adicional dentro del gabinete.

En el caso de que el proceso de deposición se acelere considerablemente, o si el suministro de alimentación de alambre no puede satisfacer la demanda de alambre 180 metálico, la parte inferior del bucle de alambre 185 flojo asciende hacia la parte superior del gabinete, primero entrando en proximidad con el sensor 720. Si no se introduce suficiente alambre metálico en el gabinete en respuesta a la señal del sensor 720 al sistema de control, la parte inferior del bucle del alambre 185 flojo continúa su ascenso hacia arriba. El bucle eventualmente entrará en proximidad y será detectado por el sensor 710. El sensor 710 envía una señal al sistema de control, que puede ser programado para apagar todo el sistema, incluyendo los motores 225 y 625 y el soplete de soldadura por arco de plasma, deteniendo el proceso de deposición, cuando recibe una señal del sensor 710. El apagado minimiza el riesgo de daño al equipo.

Después de que el alambre 185 flojo deja los rodillos de la guía 500 de alambre, el alambre 185 flojo se guía a través del canal entre la segunda ranura del rodillo 305 con ranuras dobles y la segunda ranura del rodillo 320 con ranuras dobles de la guía 300 de alambre y se desplaza hacia un dispositivo 600 de tracción de alambre flojo, que contiene un motor 625 conectado a un rodillo 620 con ranuras motorizado, y un rodillo 605 con ranuras pasivo.

El motor 625 puede ser cualquier motor, tal como un motor convencional de corriente continua (DC) accionado por una señal de control de potencia, o un motor paso a paso que permite avanzar una cantidad precisa de alambre desde el carrete de suministro de alambre hasta el gabinete que controla electrónicamente el número de impulsos eléctricos de entrada suministrados al motor de accionamiento. El alambre 185 flojo se dirige a una posición entre el rodillo 620 con ranuras motorizado unido al motor 625 y el rodillo 605 con ranuras pasivo. EL rodillo 605 con ranuras pasivo o rodillo 620 con ranuras motorizado o ambos pueden incluir salientes en la ranura que pueden acoplarse con el alambre 185 flojo y hacer avanzar el alambre 185 flojo a través de los rodillos. Los salientes en la ranura pueden aumentar las fuerzas de fricción entre la ranura del rodillo y el alambre 185 flojo permitiendo que los rodillos se acoplen por fricción con el alambre 185 flojo y lo tiren a través de los rodillos.

El rodillo 605 con ranuras pasivo y el rodillo 620 con ranuras motorizado típicamente están hechos de acero, pero pueden estar hechos de otras aleaciones, tal como la aleación de níquel-cromo Inconel®, la aleación de níquel-cobre Monel® o las aleaciones de cobre-níquel-estaño ToughMet®. Cuando los rodillos están hechos o contienen acero, el acero puede ser acero al carbono o acero inoxidable. Los aceros a manera de ejemplo incluyen S355, S355JR, S355J2, S355J2 N y S450J0. Los rodillos con ranuras están disponibles comercialmente (por ejemplo, de Products for Industry, Inc., Brighton, CO, EE. UU., Y SBI International, Hollabrun, Austria).

La cantidad de presión perpendicular ejercida por el rodillo 605 con ranuras pasivo sobre el alambre 185 flojo se puede ajustar mediante la selección de la configuración de la ranura en el rodillo 605 con ranuras, así como la presión ejercida por el dispositivo 850 de presión. El rodillo puede tener una ranura en V, una ranura en U, una ranura cónica, una ranura cilíndrica, una ranura de 60 °, una ranura de 90 ° o una ranura tipo polea. El aumento de la presión ejercida por el dispositivo 850 de presión aumenta la presión de apriete ejercida por el rodillo 605 con ranuras sobre el alambre. Si el dispositivo 850 de presión ejerce muy poca presión, puede producirse el deslizamiento del alambre 185 flojo entre el rodillo 605 con ranuras y el rodillo 620 con ranuras motorizado. Si el dispositivo 850 de presión ejerce demasiada presión, puede producirse la deformación del alambre 180 metálico. Se puede aplicar una presión de hasta 3 bares mediante el dispositivo 800 de presión.

El dispositivo 850 de presión puede incluir un pistón accionado hidráulica, neumática, mecánica o electrónicamente que cuando se extiende aumenta la presión aplicada al rodillo 605 con ranuras pasivo, y cuando se contrae disminuye la presión aplicada al rodillo 605 con ranuras pasivo. La acción del motor 625 tira del alambre, resultando en una reducción en el tamaño del bucle del alambre 185 flojo. Los motores 225 y 625 se pueden operar por separado y sus acciones individuales pueden ajustar la cantidad de alambre flojo dentro del gabinete y el tamaño del lazo del alambre 185 flojo. Después de pasar por el rodillo 605 con ranuras y el rodillo 620 con ranuras motorizado, el alambre 185 flojo se desplaza a través de la guía 1000 de salida de gabinete y se suministra a la guía de alambre del dispositivo de soplete de soldadura por arco de plasma.

El motor 625 puede estar en comunicación con el dispositivo de soldadura, que puede enviar una señal al motor 625 para hacer avanzar el alambre 185 flojo fuera del gabinete a través de la guía 1000 de salida de gabinete para suministrar al dispositivo de soplete de soldadura con alambre 185 flojo.

El bucle de alambre 185 flojo permite la acción de tracción de la unidad de tracción de alambre flojo sobre el lado de demanda del alambre que se va a desacoplar de los posibles impactos negativos provocados por el carrete 50 de suministro que proporciona el alambre 180 metálico. Cualquier inercia rotacional del carrete y masa de alambre extraída del carrete de alambre puede ser tratada por la porción de entrada del sistema de alimentación de alambre (tal como el dispositivo 110 de detección y el motor 225 de la unidad de tensión) o absorbida por el bucle de alambre 185 flojo, evitando que se transmita al alambre en las proximidades del soplete de soldadura. El sistema permite que el desenrollado del alambre en el lado de entrada del sistema de alimentación de alambre se separe del alambre que avanza hacia el soplete de soldadura. Debido a que el bucle de alambre flojo cuelga libremente dentro del gabinete de las guías 400 y 500 de alambre, el alambre del bucle no está bajo tensión y se puede avanzar fácilmente mediante las acciones del motor 225 o 625. El bucle del alambre 185 flojo también permite reemplazar el carrete 50 de suministro de alambre sin detener la deposición de metal sobre la pieza de trabajo. El bucle de alambre 185 flojo también permite que el alambre se proporcione al soplete de soldadura a una velocidad constante proporcionando un tramo de alambre como un amortiguador entre el carrete 50 de suministro de alambre y el proveedor de alambre del soplete de soldadura.

El sistema de alimentación de alambre está diseñado para reducir el deslizamiento del alambre que puede ocurrir debido a la inercia rotacional del carrete de suministro de alambre. El deslizamiento puede causar deformaciones en el alambre u otros problemas que se manifiestan al intentar alinear el alambre metálico en el arco del soplete de soldadura. En realizaciones preferidas, el alambre es recto en lugar de curvado como se usa en algunos sistemas. En particular, el alambre de metal es recto y se puede usar en un sistema de dos sopletes, tal como se describe en Stempfer (Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. US2014/0061165). En tales sistemas, es importante que la unidad de alimentación de alambre sea capaz de suministrar un alambre metálico recto con el fin de mantener la alineación del alambre metálico en el arco de plasma del soplete de soldadura.

Cada uno de los componentes del sistema de alimentación de alambre dentro del gabinete, excepto el dispositivo 110 de detección, está finalmente conectado a la placa 900 trasera. La placa 900 trasera puede ser de cualquier material adecuado para soportar los componentes del sistema de alimentación de alambre. En algunas realizaciones, la placa 900 trasera puede ser de acero al carbono, acero inoxidable, un acero seleccionado entre S355, S355JR, S355J2, S355J2+N, y S450J0, una aleación de aluminio, tal como una aleación de aluminio seleccionada entre AA 6063, AA 6063-T6, EN AW-6063T6, AW-6082-T6 y EN AW-6063T6/6082T6, una aleación de níquel-cromo Inconel®, una aleación de níquel-cobre Monel® o una aleación de cobre-níquel-estaño ToughMet®.

El alambre 180 metálico que forma el bucle del alambre 185 flojo puede ser de cualquier metal utilizado en la soldadura por arco de plasma, particularmente en la soldadura por arco de transferencia de plasma. El alambre metálico puede ser o contener titanio. El alambre metálico puede ser o contener una aleación de titanio que contiene Ti en combinación con uno o una combinación de Al, V, Sn, Zr, Mo, Nb, Cr, W, Si, y Mn. Por ejemplo, las aleaciones de titanio a manera de ejemplo incluyen Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-45Al-2Nb-2Cr, Ti-47Al-2Nb-2Cr, Ti-47Al-2W-0.5Si, Ti-47Al-2Nb-1Mn-0.5W-0.5Mo-0.2Si, y Ti-48Al-2Nb-0.7Cr-0.3Si. El alambre metálico puede contener aluminio, hierro, cobalto, cobre, níquel, carbono, titanio, tántalo, tungsteno, niobio, oro, plata, paladio, platino, circonio, aleaciones de los mismos y combinaciones de los mismos. El alambre metálico puede tener una sección transversal circular. El alambre metálico puede tener cualquier diámetro o dimensión. En algunas realizaciones, el diámetro del alambre metálico puede estar en el intervalo de aproximadamente 0.1 mm a aproximadamente 10 mm. Por ejemplo, el alambre metálico puede tener un diámetro de, por ejemplo, 1.0 mm, 1.6 mm o 2.4 mm.

El sistema de suministro de alambre se puede utilizar para suministrar alambre metálico a cualquier soplete de soldadura. Un soplete de soldadura a manera de ejemplo es un soplete PAW. El soplete PAW puede tener cualquier configuración capaz de crear un arco eléctrico para calentar y fundir el alambre metálico, tal como la soldadura por arco metálico de gas (GMAW), en particular utilizando gases inertes para hacer el arco (soldadura con gas inerte metálico o soldadura MIG). Un soplete PAW a manera de ejemplo es un soplete PTA. Se hace que el alambre metálico se derrita en el plasma producido por el soplete usando un arco eléctrico, y el alambre de metal que se derrite se deposita en el baño fundido en la pieza de trabajo para agregar y formar los cuerpos metálicos de forma casi neta. La rata de alimentación y el posicionamiento del alambre metálico se pueden controlar y modular de acuerdo con el efecto del suministro de potencia al soplete PAW con el fin de asegurar que el alambre metálico se caliente continuamente y se derrita cuando alcanza la posición deseada por encima del baño fundido en el material base. Los sistemas de soldadura a manera de ejemplo se describen en Guldberg (WO 2011/019287), Ireland et al. (Patente de Estados Unidos No. 7,220,935); Comon et al. (Publicación de Patente de los Estados Unidos No 9,145,832); Cooper et al. (Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. US 2010/0276396); Biskup et al. (Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos 2013/0140280); y Stempfer (Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 2014/0061165).

Lista de Signos de Referencia

Lo siguiente es una lista de los números de referencia usados en la descripción y los dibujos adjuntos.

10 Unidad de suministro de alambre

20 Unidad de tensión de alambre

30 Unidad de amortiguador de alambre

40 Unidad de suministro de alambre flojo

50 Unidad de suministro de alambre

55 Pivote

60 Elemento de soporte vertical

65 Elemento de soporte transversal

70 Primer elemento de soporte lateral

71 Segundo elemento de soporte lateral

Soporte de montaje frontal

Soporte de montaje trasero

Viga transversal de marco

Marco

Bisagra

Ventana transparente superior

Puertas transparentes inferiores

Dispositivo de detección

Abertura

Sensor de posición

Primera rueda receptora de la unidad receptora de alambre Segunda rueda receptora de la unidad receptora de alambre Soporte opcional

Soporte opcional

Alambre metálico

Alambre flojo

Dispositivo de alimentación de alambre

Rodillo con ranuras pasivo

Brazo

Rodillo con ranuras motorizado

Motor

Primera guía de alambre flojo

Rodillo con ranuras dobles

Brazo

Rodillo con ranuras dobles

Soporte

Segunda guía de alambre flojo

Rodillo con ranuras pasivo

Brazo

Rodillo con ranuras pasivo

Soporte

Tercera guía de alambre flojo

Rodillo con ranuras pasivo

510 Brazo

520 Rodillo con ranuras pasivo

530 Soporte

600 Dispositivo de tracción de alambre flojo 605 Rodillo con ranuras pasivo

610 Brazo

620 Rodillo con ranuras motorizado

625 Motor

700 Dispositivo de detección de alambre 710 Sensor

720 Sensor

730 Sensor

740 Sensor

780 Elemento de soporte

790 Elemento de soporte

800 Dispositivo de presión

850 Dispositivo de presión

900 Placa trasera

1000 Guía de salida de gabinete

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de alimentación de alambre metálico, compuesto por:

un gabinete

un dispositivo de alimentación de alambre que comprende un primer rodillo con ranuras motorizado, un primer rodillo con ranuras pasivo y un primer motor unido al primer rodillo con ranuras motorizado, en el que el primer rodillo con ranuras motorizado y el primer rodillo con ranuras pasivo forman un canal entre ellos;

y que se caracteriza por comprender, además:

un carrete de suministro de alambre de posición ajustable;

una combinación de al menos tres guías de alambre flojo, en la que una primera guía de alambre flojo está colocada corriente abajo del dispositivo de alimentación de alambre y en línea con este, una segunda guía de alambre floja colocada a la derecha de y debajo de la primera guía de alambre flojo, y una tercera guía de alambre floja colocada a la izquierda de y debajo de la primera guía de alambre floja, formando la primera guía de alambre floja, la segunda guía de alambre floja y la tercera guía de alambre floja juntas una pista de bucle desde la primera guía de alambre hasta la segunda guía de alambre hasta el tercera guía de alambre y luego de regreso a la primera guía de alambre para formar un bucle de alambre flojo;

un dispositivo de tracción de alambre flojo que comprende un segundo rodillo con ranuras motorizado, un segundo rodillo con ranuras pasivo y un segundo motor unido al segundo rodillo con ranuras motorizado, en el que el segundo rodillo con ranuras motorizado y el segundo rodillo con ranuras pasivo forman un canal entre ellos; y

una guía de salida del gabinete, y

en la que

el gabinete comprende un detector de posición del alambre de entrada que contiene una abertura.

2. El sistema de alimentación de alambre metálico de la reivindicación 1, donde:

la primera guía de alambre floja comprende:

un primer rodillo con ranuras dobles que tiene una primera y una segunda ranura, estando unido el rodillo a un primer brazo conectado de forma pivotante a una placa trasera del gabinete; y

un segundo rodillo con ranuras dobles que tiene una primera y una segunda ranura, donde la primera ranura del primer rodillo con ranuras y la primera ranura del segundo rodillo con ranuras forman un canal entre ellos, y la primera ranura del primer rodillo con ranuras dobles es empujada por un resorte sobre el primer brazo conectado a un primer soporte conectado a la placa trasera del gabinete;

la segunda guía de alambre floja comprende:

un tercer rodillo con ranuras pasivo unido a un segundo brazo conectado de forma pivotante a la placa trasera del gabinete; y

un cuarto rodillo pasivo con ranuras, donde la ranura del tercer rodillo pasivo y la ranura del cuarto rodillo pasivo forman un canal entre ellos, y la ranura del tercer rodillo pasivo es empujada por un resorte sobre el segundo brazo conectado a un segundo soporte conectado a la placa trasera del gabinete; y

la tercera guía de alambre flojo comprende:

un quinto rodillo con ranuras pasivo unido a un tercer brazo conectado de manera pivotante a la placa trasera del gabinete; y

un sexto rodillo pasivo con ranuras, donde la ranura del quinto rodillo pasivo y la ranura del sexto rodillo pasivo forman un canal entre ellos, y la ranura del quinto rodillo pasivo es empujada por un resorte sobre el tercer brazo conectado a un tercer soporte conectado a la placa trasera del gabinete.

3. El sistema de alimentación de alambre metálico de una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que la superficie de la ranura de uno cualquiera o una combinación del primer rodillo con ranuras motorizado, el primer rodillo con ranuras pasivo, el segundo rodillo con ranuras motorizado y el segundo rodillo con ranuras pasivo se mejora por fricción.

4. El sistema de alimentación de alambre metálico de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el primer motor y el segundo motor se seleccionan cada uno por separado entre un motor de corriente continua accionado por una señal de control de potencia y un motor paso a paso.

5. El sistema de alimentación de alambre metálico de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el detector de posición del alambre de entrada comprende además un primer sensor que detecta una posición de un alambre metálico dentro de la abertura y el primer sensor está en comunicación con un sistema de control que puede reposicionar el carrete de suministro de alambre en al menos una de las direcciones X, Y o Z o cualquier combinación de las mismas.

6. El sistema de alimentación de alambre metálico de la reivindicación 4, en el que el gabinete comprende además una ventana transparente o una puerta transparente o ambas para permitir la visualización de los componentes del gabinete sin abrir el gabinete, en el que la ventana transparente o la puerta transparente está hecha de vidrio, acrílico (poli(metacrilato de metilo) o PMMA), tereftalato de polietileno modificado con glicol (PETG), o policarbonato.

7. El sistema de alimentación de alambre metálico de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el dispositivo de alimentación de alambre está configurado para alimentar alambre enrollado sobre el carrete de suministro de alambre al interior del gabinete.

8. El sistema de alimentación de alambre metálico de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que comprende además un primer dispositivo de presión para regular la cantidad de presión ejercida por el primer rodillo con ranuras pasivo, en el que el primer dispositivo de presión comprende un pistón accionado hidráulica, neumática, mecánica o electrónicamente que cuando se mueve en una primera dirección aumenta la presión aplicada al primer rodillo con ranuras pasivo, y que cuando se mueve en una segunda dirección disminuye la presión aplicada al primer rodillo con ranuras pasivo.

9. El sistema de alimentación de alambre metálico de una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, que comprende además un segundo dispositivo de presión para regular la cantidad de presión ejercida por el segundo rodillo con ranuras pasivo, en el que el segundo dispositivo de presión comprende un pistón accionado hidráulica, neumática, mecánica o electrónicamente que cuando se mueve en una primera dirección aumenta la presión aplicada al segundo rodillo con ranuras pasivo, y que cuando se mueve en una segunda dirección disminuye la presión aplicada al segundo rodillo con ranuras pasivo.

10. El sistema de alimentación de alambre metálico de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el primer motor del dispositivo de alimentación de alambre está conectado al primer rodillo con ranuras motorizado para girar el primer rodillo con ranuras motorizado;

el primer motor del dispositivo de alimentación de alambre funciona independientemente del dispositivo de tracción de alambre flojo; y

el segundo motor del dispositivo de tracción de alambre flojo está conectado al segundo rodillo con ranuras motorizado para girar el segundo rodillo con ranuras motorizado.

11. El sistema de alimentación de alambre metálico de una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que el gabinete comprende además un dispositivo de detección de bucle, comprendiendo el dispositivo de detección de bucle:

a) un primer sensor en comunicación con un sistema de control, en el que el primer sensor envía una señal al sistema de control para apagar el sistema de alimentación de alambre y el proceso de deposición cuando el primer sensor detecta el bucle de alambre flojo; o

b) un segundo sensor en comunicación con un sistema de control, en el que el segundo sensor envía una señal al sistema de control para alimentar más alambre metálico en el gabinete cuando el segundo sensor detecta el bucle de alambre flojo; o

c) un tercer sensor en comunicación con el sistema de control, en el que el tercer sensor envía una señal al sistema de control para alimentar menos alambre metálico en el gabinete cuando el tercer sensor detecta el bucle de alambre flojo; o

d) un cuarto sensor en comunicación con el sistema de control, en el que el cuarto sensor envía una señal al sistema de control para detener la alimentación de alambre metálico en el gabinete cuando el cuarto sensor detecta el bucle de alambre flojo; o

e) cualquier combinación de a), b), c) y d).

12. Un método para proporcionar un alambre metálico a un soplete de soldadura, estando caracterizado el método por los siguientes pasos:

avanzar una cantidad suficiente del alambre metálico desde una fuente de suministro de alambre hasta una primera guía de alambre floja, una segunda guía de alambre floja y una tercera guía de alambre floja que juntas forman una pista de bucle desde la primera guía de alambre hasta la segunda guía de alambre hasta la tercera guía de alambre y luego de regreso a la primera guía de alambre para formar un bucle de alambre flojo;

avanzar una cantidad de alambre flojo desde el bucle de alambre flojo hasta el arco de plasma de un soplete de soldadura, en el que el soplete de soldadura se selecciona entre un soplete de soldadura por arco de plasma, un soplete de arco de transferencia de plasma, un soplete de soldadura de arco de tungsteno de gas, un soplete de soldadura por arco metálico de gas, un soplete de soldadura por gas inerte metálico, un soplete de soldadura por gas metálico activo, un dispositivo láser, una pistola de haz de electrones o cualquier combinación de los mismos; y suministro de alambre metálico adicional desde la fuente de suministro de alambre para compensar la cantidad de alambre flojo que avanzó hacia el soplete de soldadura para mantener un bucle de alambre flojo;

en el que la cantidad de alambre flojo que avanza desde la fuente de suministro de alambre es suficiente para mantener el bucle de alambre flojo para permitir un suministro continuo de alambre flojo al soplete de soldadura; y en el que el avance del alambre metálico desde la fuente de suministro es independiente del avance de una cantidad de alambre flojo desde el bucle de alambre flojo hasta el soplete de soldadura.

13. El método de la reivindicación 12, en el que la fuente de suministro de alambre es un carrete de posición ajustable sobre el que se enrolla el alambre metálico, y el método comprende, además:

desenrollar el alambre metálico del carrete para que el alambre metálico avance para formar el bucle de alambre flojo; y

reposicionar el carrete de suministro de alambre en al menos una de las direcciones X, Y o Z o combinaciones de las mismas para mantener el alambre que se desenrolla del carrete en una posición deseada.

14. El método de la reivindicación 12 o 13, que comprende además hacer girar un rodillo en contacto por fricción con el alambre metálico para hacer avanzar el alambre metálico al interior del gabinete, en el que la rotación del rodillo se logra activando un motor unido al rodillo, y el motor es un motor paso a paso o un motor de corriente continua impulsado por una señal de control de potencia.

15. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 12-14, que comprende además hacer girar un rodillo en contacto por fricción con el alambre flojo para suministrar el alambre flojo al soplete de soldadura, en el que la rotación del rodillo se logra activando un motor unido al rodillo, y el motor es un motor paso a paso o un motor de corriente continua impulsado por una señal de control de potencia.