ES2902137T3 - Asociación de un ensamblaje de punta de contacto para soldadura de metal MIG y un soplete de PTA - Google Patents

Abstract

Un ensamblaje de punta de contacto para soldadura MIG y un soplete de PTA en asociación con el ensamblaje de punta de contacto, comprendiendo el ensamblaje de punta de contacto: una guía (120) que tiene un eje (A-A') central longitudinal, un primer extremo (140), y un segundo extremo (150) opuesto, y un orificio (130) central que se extiende y que corre a lo largo del eje central longitudinal de la guía desde su primer extremo hasta su segundo extremo a través de la cual se puede proporcionar un alambre (180) metálico; y que está caracterizado por: una unidad (200) de contacto eléctrico que contiene una punta (215) de contacto en contacto eléctrico con una fuente de energía eléctrica, estando la unidad de contacto eléctrico dispuesta para contactar el alambre metálico con la punta de contacto más allá del segundo extremo de la guía, estando el ensamblaje de punta de contacto colocado de modo que después de que el alambre metálico pase a través de la guía y se ponga en contacto con la punta (215) de contacto, el alambre metálico se coloque en un arco de plasma del soplete de arco (600) de transferencia de plasma (PTA) por encima de un punto de deposición de un pieza de trabajo; un revestimiento (160) aislante eléctricamente dentro del orificio (130) central y que se extiende al menos desde el primer extremo hasta el segundo extremo de la guía (120); y en el que la punta (215) de contacto está separada y aparte de la guía (120) y la punta de contacto está aislada espacialmente del soplete (600) PTA.

Description

DESCRIPCIÓN

Asociación de un ensamblaje de punta de contacto para soldadura de metal MIG y un soplete de PTA

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una punta de contacto adecuada para conectar y guiar eléctricamente un alambre de soldadura en soldadura de gas inerte de metal (soldadura MIG) en asociación con un soplete de PTA, un método para proporcionar una corriente eléctrica a un alambre metálico durante la fabricación de un objeto tridimensional de un material metálico mediante fabricación sólida de forma libre utilizando dicha asociación, y un sistema para fabricar un objeto tridimensional de un material metálico mediante fabricación sólida de forma libre.

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 uso de material del costoso metal de titanio y grandes tiempos de espera en la fabricación.

Los objetos físicos completamente densos pueden fabricarse mediante una tecnología de fabricación conocida como creación rápida de prototipos, 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 delgadas capas o cortes paralelos, generalmente orientados 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, esparcir o fluir, tal como metal fundido, por ejemplo, a partir de un alambre de soldadura fundido, o preformado como material laminar que se asemeja a la forma de las capas virtuales hasta que se conforma todo el objeto. Las capas se pueden fusionar para conformar un objeto denso sólido.

La fabricación de formas libres sólidas es una técnica flexible que permite la creación de objetos de casi cualquier forma a ratas de producción relativamente rápidas, que suelen variar desde algunas horas hasta varios días para cada objeto. Por lo tanto, la técnica es adecuada para la conformación de prototipos y pequeñas series de producción, y puede ampliarse para una producción de gran volumen.

La técnica de fabricación en 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, una vez colocadas una al lado de la otra, conforman la capa. Esto permite conformar objetos metálicos soldando un alambre sobre un sustrato en tiras sucesivas conformando cada capa de acuerdo con el modelo virtual en capas del objeto, y repitiendo el proceso para cada capa hasta que se forme todo el objeto físico. La precisión de la técnica de soldadura suele ser demasiado tosca para permitir conformar directamente el objeto con dimensiones aceptables. Por tanto, el objeto conformado se considerará normalmente un objeto verde o una preforma que debe mecanizarse con una precisión dimensional aceptable.

Taminger y Hafley ("Electron Beam Freeform Fabrication for Cost Effective Near-Net Shape Manufacturing", NATO/RTOAVT-139 Specialists' Meeting on Cost Effective Manufacture via Net Shape Processing (Ámsterdam, Países Bajos, 2006) (NATO), págs. 25) divulga un método y dispositivo para fabricar partes metálicas estructurales directamente a partir de datos de diseño asistidos por ordenador combinados con fabricación de forma libre por haz de electrones (EBF). La parte estructural se construye soldando sobre sucesivas capas de un alambre de soldadura metálico que es soldado por la energía térmica proporcionada por el haz de electrones. El proceso de EBF implica fundir un alambre metálico en una piscina fundida hecha y sostenida por un haz de electrones enfocado en un ambiente de alto vacío. El posicionamiento del haz de electrones y el alambre de soldadura se obtiene al tener el cañón de haz de electrones y el actuador que soporta el sustrato articulado de manera móvil a lo largo de uno o más ejes (X, Y, Z y rotación) y regulan la posición del cañón de haz de electrones y el sustrato de soporte mediante un sistema de control de movimiento de cuatro ejes. Se afirma que el proceso es casi 100 % eficiente en el uso de materiales y 95 % efectivo en el consumo de energía. El método puede emplearse tanto para la deposición de metal a granel como para deposiciones detalladas más finas, y se reivindica que el método obtiene un efecto significativo sobre la reducción del tiempo de entrega y menores costes de material y mecanizado en comparación con el enfoque convencional de mecanizado de partes metálicas. La tecnología de haz de electrones tiene la desventaja de depender de un alto vacío de 10-1 Pa o menos en la cámara de deposición.

Es conocido 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 por arco de tungsteno con gas (GTAW, también denominado TIG), en el que se conforma 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 conformando una cubierta protectora alrededor del arco. La soldadura TIG puede incluir alimentar un alambre metálico o polvo de metal en la piscina de fusión o el arco de plasma como material de relleno.

Abbott et al. (WO 2006/133034, 2006) divulga un proceso de deposición directa de metal que usa un proceso híbrido de láser/arco para fabricar formas tridimensionales complejas que comprenden los pasos de proporcionar un sustrato y se divulga la deposición de una primera capa de metal fundido sobre el sustrato a partir de una materia prima de metal usando radiación láser y un arco eléctrico. El arco eléctrico puede proporcionarse mediante soldadura por arco metálico con gas utilizando la materia prima metálica como electrodo. Abbott et al. enseña que el uso de radiación láser en combinación con soldadura por arco metálico con gas estabiliza el arco y supuestamente proporciona ratas de procesamiento más altas. Abbott et al. utiliza un alambre metálico guiado y que sale de una guía de alambre. El metal del alambre metálico se funde en el extremo y el metal fundido se deposita colocando el extremo sobre el punto de deposición. El calor requerido para fundir el alambre metálico es suministrado por un arco eléctrico junto con irradiación láser. La soldadura mediante la fusión de un alambre metálico calentado por un arco eléctrico se conoce como soldadura por arco metálico con gas (GMAW), de la cual, en el caso de utilizar gases no reactivos para hacer el arco, también se denomina soldadura con gas inerte metálico (soldadura MIG).

Un parámetro esencial en la soldadura MIG es colocar la punta/sección de extremo del alambre metálico por encima del punto de deposición con gran precisión y también para asegurar un contacto eléctrico estable y satisfactorio con el alambre consumible para permitir tener control con la rata de fusión y, por lo tanto, la rata de deposición del alambre metálico sobre la pieza de trabajo/sustrato. Una solución a este problema es descrita por Westberg (US 2,179,108, 1939). Westberg divulga una boquilla de cobre con aberturas desde la cual se hace pasar un alambre metálico, en forma de alambre metálico enderezado que se alimenta desde un suministro de alambre, a una velocidad controlada. Tanto la boquilla de cobre como la pieza de trabajo están conectadas eléctricamente a una fuente de alimentación eléctrica que establece un potencial eléctrico entre ellas. Cuando el alambre metálico pasa a través de la boquilla de cobre, entra en contacto con la boquilla y, por lo tanto, se conecta eléctricamente a la fuente de alimentación eléctrica. Cuando la punta (la sección de extremo) del alambre metálico alcanza una cierta distancia por encima del área de deposición/soldadura, el potencial eléctrico crea un arco eléctrico que se extiende desde la punta del alambre metálico hasta el área de deposición/soldadura. El arco eléctrico funde la punta del alambre metálico entrante y así deposita material metálico fundido en el área de deposición/soldadura.

Para garantizar el paso seguro del alambre de metal/alambre metálico a través de la abertura/canal de guía de la boquilla de cobre, es necesario tener un diámetro de abertura algo mayor que el alambre metálico. El contacto mecánico relativamente bajo entre la boquilla de cobre y el alambre metálico ha dado lugar a problemas con un contacto eléctrico inadecuado entre el alambre metálico y la guía de alambre, lo que ha provocado problemas con arcos eléctricos inestables y descargas eléctricas/formaciones de chispas dentro de la abertura que ha fundido/arrancados localmente pedazos del alambre metálico y provocó bloqueos de la abertura. En Westberg se enseña a resolver estos problemas haciendo que la sección de extremo de la boquilla de cobre más cercana a la deposición se convierta en un semicilindro al quitar aproximadamente la mitad de la pared del cilindro para permitir presionar el alambre metálico hacia abajo sobre el canal guía semicilíndrico mediante una rueda de rodillo cargada por resorte y así aumentar el área de contacto eléctrico entre la boquilla de cobre y el alambre metálico. Una solución similar se divulga en Zigliotto (EP 1108491,2001), que divulga una punta de contacto para sopletes de soldadura MIG, que comprende un cuerpo que tiene medios de conexión para sujetar el cuerpo a un soplete de soldadura, y un orificio axial para alimentar el alambre, estando provista la punta de contacto con una muesca en forma de V que se extiende desde la pared exterior al eje, conduciendo el orificio axial a la parte inferior de la muesca. La parte inferior de la muesca está inclinada y se desvía hacia el eje adyacente a la boquilla. La punta de contacto de Zigliotto está provista de medios de presión que se ajustan dentro de la muesca para presionar el alambre de soldadura contra el fondo y las paredes de la muesca, consistiendo los medios de presión en un resorte que se encaja en la muesca y descansa sobre el alambre de soldadura, teniendo el resorte, medios para el acoplamiento. con el cuerpo de la punta.

Otra solución del mismo problema se conoce a partir de Bednarz y col. (WO 2003/039800, 2003), que divulga una punta de contacto, adecuada para la soldadura por arco eléctrico utilizando un alambre metálico, que tiene un cuerpo que define un orificio a través del cual el electrodo puede pasar para permitir que la corriente eléctrica de una fuente de alimentación de soldadura sea transferida desde el cuerpo al electrodo. En parte de la longitud del orificio entre un extremo de entrada y un extremo de salida, el cuerpo tiene al menos una región, una región de contacto principal en la que el cuerpo está adaptado para permitir el contacto eléctrico principal con el electrodo. A lo largo de la parte restante de la longitud del orificio, el cuerpo está adaptado de manera que cualquier contacto secundario entre el cuerpo y el electrodo a lo largo de la parte restante no cortocircuite sustancialmente el contacto eléctrico primario en la región de contacto primario del orificio. En algunas realizaciones en Bednarz et al., la parte del orificio/canal de guía corriente abajo del cuerpo/contacto eléctrico que se presiona sobre el alambre metálico, puede tener un diámetro mayor para aliviar el paso del alambre metálico. Esta sección corriente abajo del canal de guía también puede aislarse eléctricamente del cuerpo principal de la punta de contacto insertando un material cilíndrico aislante eléctricamente que tenga un orificio central.

El documento EP 2199005 divulga un soplete 1 de soldadura que incluye: una punta 10 de contacto que tiene, en una superficie circunferencial interior del extremo distal del mismo, una porción 10a suministro de energía que entra en contacto con un alambre 2 de soldadura alimentado para suministrar corriente; y una guía 11 de alambre que se proporciona con un espacio predeterminado dentro de la punta 10 de contacto y guía el alambre 2 de soldadura alimentado, y en el que el soplete 1 de soldadura por arco está configurado de tal manera que los ejes de la punta 10 de contacto y la guía 11 de alambre son relativamente cambiados para hacer que el alambre 2 de soldadura alimentado mientras es guiado por la guía 11 de alambre entre en contacto con la porción 10a de suministro de energía de la punta 10 de contacto. La porción 10a suministro de energía de la punta 10 de contacto está conformada para tener una longitud La axial con la que se puede mantener una corriente de soldadura al menos en una corriente límite inferior predeterminada a pesar de un desplazamiento de un punto P de suministro de energía de acuerdo con el desgaste de la porción 10a suministro de energía, más específicamente, conformada para tener una longitud de 1 a 4 mm.

El documento DE 2499 318 divulga un quemador que incluye un brazo de soporte aislado, que lleva un rodillo guía aislado y no accionado para el alambre del electrodo de soldadura. El brazo de soporte también lleva un cabezal refrigerado, equipado con una barra reemplazable que alimenta la corriente de soldadura eléctrica al alambre del electrodo que se desplaza sobre el rodillo. Un resorte empuja la barra contra el alambre. Se prefiere una barra colectora que lleve la corriente de soldadura eléctrica montada en el brazo del soporte mediante un disco aislante; y se prefieren discos similares utilizados entre el brazo del soporte y la cabeza. La ventaja es que se hace un buen contacto eléctrico con el alambre de soldadura sin el uso de una boquilla de contacto que está sujeta a un desgaste rápido.

El documento US 5,707,693 (base del preámbulo de la reivindicación 1) divulga un método y aparato para recubrir la superficie interior de un cilindro en el que un electrodo consumible se alimenta a un arco conformado entre un electrodo no consumible giratorio y la dirección de un gas atomizador a través del arco conformado para transportar el metal fundido del electrodo consumible a la pared del cilindro para recubrir la pared y en el que el electrodo consumible se introduce en el cilindro desde un extremo opuesto al electrodo giratorio no consumible.

De acuerdo con la experiencia de los inventores, existen problemas con la obstrucción del canal de guía debido a la erosión por chispa (descargas eléctricas no intencionales) entre la punta de contacto y el alambre metálico que pueden conformar perlas fundidas de material de alambre metálico dentro del canal de guía que pueden obstruir el canal o conducir a desviaciones en el posicionamiento del alambre metálico. También existe una necesidad en esta técnica de un método de realización de la deposición directa de metales. Existe además una necesidad en esta técnica de un método para aumentar el rendimiento y el rendimiento de los productos conformados por deposición directa de metal.

Resumen de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un ensamblaje de punta de contacto para soldadura MIG y un soplete de PTA en asociación con la punta de contacto que alivia significativamente los problemas relacionados con la erosión por chispa dentro del canal de guía de la guía de la punta de contacto. Otro objetivo de la invención es proporcionar un método para la fabricación rápida en capas de objetos metálicos, particularmente de objetos que contienen Al, Cr, Cu, Fe, Hf, Sn, Mn, Mo, Ni, Nb, Si, Ta, Ti, V, W, o Zr, o compuestos o aleaciones de los mismos. Objetos metálicos ejemplares incluyen titanio o una aleación de titanio.

Según la presente invención, un ensamblaje de punta de contacto para soldadura MIG y un soplete de PTA en asociación con la punta de contacto se define en la reivindicación 1. En las reivindicaciones 12 y 13 se definen respectivamente un método y un sistema para proporcionar una corriente eléctrica a un alambre metálico durante la fabricación de un objeto tridimensional de un material metálico mediante fabricación sólida de forma libre utilizando dicha asociación.

Esta invención aborda las necesidades de un método económico mejorado para realizar la deposición directa de metal. Esta invención aborda además la necesidad de un método para aumentar la productividad y el rendimiento de partes conformadas por deposición directa de metal sin distorsión con límites de deposición suaves y bien definidos.

La invención se basa en la constatación de que el problema de la obstrucción del canal de guía debido a chispas u otras causas puede aliviarse significativamente aislando eléctricamente la guía del alambre metálico y empleando un contacto eléctrico separado para suministrar la corriente eléctrica al alambre metálico. De acuerdo con la presente invención tal como se define en las reivindicaciones 1, 12 y 13, una punta de contacto consumible está separada y aparte de la guía, y el alambre metálico se pone en contacto con la punta de contacto después de que el alambre metálico ha pasado a través de una porción de extremo de la guía. Se observa que, aunque la invención se describe en correlación con el uso de un alambre metálico, se puede usar cualquier estructura conductora que pueda guiarse y fundirse para depositar material, por ejemplo, se puede usar cualquier electrodo consumible de tamaño y forma apropiados.

Haciendo referencia a las FIGS. 1A a 7B, se proporciona un ensamblaje 100 de punta de contacto, que incluye una guía 120 que tiene un eje A-A' central longitudinal, un primer extremo 140, y un segundo extremo 150 opuesto, y un orificio 130 central extendiéndose y corriendo a lo largo del eje central longitudinal de la guía 120 desde su primer extremo 140 hasta su segundo extremo 150. El ensamblaje 100 de punta de contacto incluye un revestimiento 160 aislante eléctricamente que está dentro del orificio 130 central y que se extiende al menos desde el primer extremo 140 hasta el segundo extremo 150 de la guía 120. El revestimiento 160 aislante eléctricamente incluye un canal 170 de guía que tiene una abertura 145 de entrada en el primer extremo 140 y una abertura 155 de salida en el segundo extremo 150 y que atraviesa el revestimiento 160 aislante eléctricamente a lo largo del eje A-A' central longitudinal , y el revestimiento 160 aislante eléctricamente guía un alambre 180 metálico pasando a través del canal 170 de guía cilíndrico lineal desde la abertura 145 de entrada hacia y más lejos de la abertura 155 de salida. El ensamblaje 100 de punta de contacto también incluye una unidad 200 de contacto eléctrico que contiene una punta 215 de contacto en contacto eléctrico con una fuente de energía eléctrica. La unidad 200 de contacto eléctrico se puede colocar dentro de una sección 115 recortada que expone el alambre 180 metálico a la punta 215 de contacto de la unidad 200 de contacto eléctrico, como se ilustra en la FIG. 1A. La unidad 200 de contacto eléctrico se puede colocar a una distancia de la abertura 155 de salida, como se ilustra en las Figs. 2, 3, 4A y 5. El ensamblaje puede incluir un ensamblaje 210 de presión de elemento de contacto para presionar la punta 215 de contacto del elemento 200 de contacto eléctrico sobre el alambre 180 metálico, como se ilustra en las Figs. 1A, 2 y 3. El ensamblaje puede incluir un ensamblaje 190 de prensado de alambre para presionar el alambre 180 metálico en contacto con la punta 215 de contacto del elemento 200 de contacto eléctrico, como se ilustra en las FIGS. 4A y 5. El ensamblaje puede incluir un ensamblaje 190 de prensado de alambre y un ensamblaje 210 de presión de elemento de contacto (no se muestra en las figuras).

El ensamblaje de punta de contacto puede incluir una abertura 125 inferior en la parte inferior de la guía 120, como se ilustra en las FIGS. 1B y 4B. La abertura 125 inferior permite que el polvo o los trozos de alambre salgan de la guía 120 antes de acercarse a la pieza de conformación. La abertura 125 inferior puede extenderse hasta el segundo extremo 150 para conformar un canal. La guía 120 puede estar hecha de o incluir Al, Cr, Cu, Fe, Hf, Sn, Mn, Mo, Ni, Nb, Si, Ta, Ti, V, W o Zr, o materiales compuestos o aleaciones o combinaciones de los mismos. Una guía 120 ejemplar puede estar hecha de o incluir titanio o una aleación de titanio.

La punta 215 de contacto puede estar hecha de o incluir Cu o una aleación de Cu o un material compuesto de Cu. En algunas realizaciones, la punta 215 de contacto incluye un material compuesto Cu/W.

Cuando una guía 120 incluye un revestimiento 160 aislante eléctricamente que forma el canal 170 de guía, una capa 165 se puede incluir en la superficie del revestimiento 160 aislante eléctricamente, como se ilustra en las FIGS. 6A-7B. El recubrimiento 165 se enfrenta al alambre 180 metálico a medida que el alambre 180 metálico pasa por el canal 170 de guía. El ensamblaje de punta de contacto proporcionado en el presente documento también puede incluir una punta 195 aislante en la superficie del ensamblaje 190 de prensado de alambre que entra en contacto con el alambre 180 metálico. Una realización ejemplar se ilustra en las FIGs .4A y 4B.

Un ejemplo de sistema que contiene el ensamblaje de punta de contacto proporcionado en el presente documento se ilustra en la FIG. 12. La unidad 200 de contacto eléctrico puede incluir una conexión 230 eléctrica que conecta la punta 215 de contacto a una fuente de alimentación y un conector 240 aislante que conecta la punta 215 de contacto a un soporte 220 de punta de contacto. El ensamblaje de punta de contacto también puede incluir una sección 115 recortada que expone el alambre 180 metálico a la punta 215 de contacto de la unidad 200 de contacto eléctrico.

Como se muestra en la FIG. 12, el ensamblaje de punta de contacto proporcionado en el presente documento también puede incluir un elemento 300 de soporte al que la guía 120 y la unidad de contacto eléctrico se pueden conectar para soporte; una fuente 400 de suministro de alambre metálico; y un marco 500 al cual el elemento 300 de soporte se puede sujetar. Un material 310 termoaislante puede estar presente entre todas las conexiones. La FIG. 12 muestra un material 310 termoaislante entre el elemento 300 de soporte y la guía 120, y entre el elemento 300 de soporte y el marco 500. El ensamblaje de punta de contacto generalmente se coloca de manera que después de que el alambre 180 metálico pasa por la guía 120, el alambre 180 metálico se coloca en un arco de plasma de un soplete de arco de transferencia de plasma (PTA) sobre un punto de deposición de una pieza de trabajo. En el ensamblaje de punta de contacto provisto en el presente documento, la punta 215 de contacto está aislada espacialmente del soplete de PTA.

Se proporciona un método para proporcionar una corriente eléctrica a un alambre metálico durante la fabricación de un objeto tridimensional de un material metálico mediante fabricación sólida de forma libre, véase la reivindicación 12.

La fabricación de un objeto tridimensional de un material metálico se puede obtener mediante métodos de fabricación de forma libre sólida. Los métodos incluyen depositar depósitos sucesivos de un material metálico sobre un material base, donde cada depósito sucesivo se obtiene alimentando un alambre metálico a través de una guía en una unidad de contacto eléctrico configurada para poner en contacto el alambre metálico con una punta de contacto más allá del extremo de la guía; usar un soplete de PAW para calentar y fundir el alambre de manera que el material metálico fundido gotee sobre el área precalentada del material base; y mover el material base y/o el soplete de PAW en un patrón predeterminado de manera que los sucesivos depósitos de material metálico fundido solidifiquen y formen el objeto tridimensional. Opcionalmente, se puede usar un segundo soplete de PAW para precalentar el material base en la posición en la que se depositará el material metálico. En algunas realizaciones, al menos una porción del material base se funde durante el precalentamiento para hacer que el material base sea más receptivo. El precalentamiento promueve la fusión entre el material base y el material metálico fundido al profundizar la fusión en el material base. En algunas realizaciones, se aplica suficiente calor durante el precalentamiento para conformar un baño fundido en el material base donde se depositará el material metálico. El alambre metálico puede tener la forma de cualquier alambre. El alambre metálico puede ser o contener Al, Cr, Cu, Fe, Hf, Sn, Mn, Mo, Ni, Nb, Si, Ta, Ti, V, W o Zr, o materiales compuestos o aleaciones de los mismos. En algunas realizaciones, el alambre metálico es un alambre que contiene Ti o una aleación de Ti.

También se proporciona un sistema para fabricar un objeto tridimensional de un material metálico mediante fabricación sólida de forma libre. Los sistemas incluyen una guía para guiar un alambre metálico a su posición sobre un material base; una punta de contacto dispuesta para hacer contacto con el alambre metálico más allá de un extremo de la guía; un soplete de soldadura PTA para fundir el alambre sobre un material base; y un modelo informático del objeto que se va a conformar para definir un perfil de deposición de modo que se construya un objeto físico fusionando depósitos sucesivos del alambre fundido sobre el material base. Los sistemas pueden incluir además una bandeja de actuador que mueve el material base con respecto al menos al soplete de soldadura. Los sistemas también pueden incluir un brazo actuador que mueve el soplete de soldadura. Además, también se puede usar un segundo soplete de soldadura para precalentar el material base en un lugar sobre el cual se funde el alambre. El segundo soplete de soldadura también se puede mover mediante un actuador.

Las características y ventajas adicionales de la invención se expondrán en la descripción que sigue, y en parte serán evidentes a partir de la descripción, o pueden aprenderse mediante la práctica de la invención. Los objetivos y otras ventajas de la invención se realizarán y alcanzarán mediante la estructura señalada particularmente en la descripción escrita y las reivindicaciones de la misma, así como en los dibujos adjuntos.

Debe entenderse que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son ejemplares y explicativas y están destinadas a proporcionar una explicación adicional de la invención según 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. Para mayor claridad, las cifras no están a escala y se omiten algunos componentes.

En los dibujos:

La FIG. 1A es un dibujo esquemático que muestra una vista en sección lateral de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto mostrando la ubicación de una sección 115 recortada en la parte superior de la guía 120 que puede acomodar una porción del elemento 200 de contacto eléctrico. En la realización mostrada, la sección 115 recortada no se extiende hasta el extremo de la guía 120, resultando en una extensión 110 distal de la sección superior.

La FIG. 1B es un dibujo esquemático que muestra una vista inferior de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto mostrando una abertura 125 inferior que permite que el polvo o pedazos de alambre salgan de la guía 120 antes de acercarse a la pieza de conformación.

La FIG. 2 es un dibujo esquemático que muestra una vista en sección lateral de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto mostrando la ubicación de una sección 115 recortada en la parte superior de la guía 120 que puede acomodar una porción del elemento 200 de contacto eléctrico. En la realización mostrada, la sección 115 recortada se extiende hasta el extremo de la guía 120.

La FIG. 3 es un dibujo esquemático que muestra una vista en sección lateral de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto mostrando la ubicación de una sección 115 recortada en la parte superior de la guía 120 que puede acomodar una porción del elemento 200 de contacto eléctrico. En la realización mostrada, la sección 115 recortada se extiende hasta el extremo de la guía 120, y el revestimiento 160 aislante eléctricamente se extiende más allá de la guía 120.

La FIG. 4A es un dibujo esquemático que muestra una vista en sección lateral de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto que contiene un ensamblaje 190 de prensado de alambre debajo del alambre 180 metálico y colocado debajo del elemento 200 de contacto eléctrico. En la realización mostrada, la sección 115 recortada se extiende hasta el extremo de la guía 120, y el revestimiento 160 aislante eléctricamente se extiende más allá de la guía 120.

La FIG. 4B es un dibujo esquemático que muestra una vista inferior de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto mostrando una abertura 125 inferior que permite que el polvo o pedazos de alambre salgan de la guía 120 antes de acercarse a la pieza de conformación. En la realización representada, la abertura 125 inferior se extiende hasta el segundo extremo 150 de la guía 120.

La FIG. 5 es un dibujo esquemático que muestra una vista en sección lateral de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto que contiene un ensamblaje 190 de prensado de alambre debajo del alambre 180 metálico y colocado debajo del elemento 200 de contacto eléctrico. En la realización mostrada, el revestimiento 160 aislante eléctricamente se extiende más allá de la guía 120.

Las FIGS. 6A y 6B son dibujos esquemáticos que muestran una vista frontal en sección transversal de realizaciones de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto. En la FIG. 6A, la sección transversal del revestimiento 160 aislante eléctricamente y la guía 120 son circulares. En la FIG. 6B, la sección transversal del revestimiento 160 aislante eléctricamente es cuadrada y la guía 120 es circular. Las FIGS. 6A y 6B muestran la posición del recubrimiento 165 opcional en el revestimiento 160 aislante eléctricamente.

Las FIGS. 7A y 7B son dibujos esquemáticos que muestran una vista frontal en sección transversal de realizaciones de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto. En la FIG. 7A, la sección transversal del revestimiento 160 aislante eléctricamente y la guía 120 son cuadrados. En la FIG. 7B, la sección transversal del revestimiento 160 aislante eléctricamente es circular y la guía 120 es cuadrada. Las FIGS. 7A y 7B muestran la posición del recubrimiento 165 opcional en el revestimiento 160 aislante eléctricamente.

La FIG. 8 es un dibujo que muestra una vista lateral de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto.

La FIG. 9 es un dibujo que muestra una vista superior de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto.

La FIG. 10 es un dibujo que muestra una vista inferior de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto.

La FIG. 11 es un dibujo que muestra una vista frontal de una realización de la guía 120 del ensamblaje 100 de punta de contacto.

La FIG. 12 es un dibujo que muestra una vista lateral de una realización de un sistema que incluye el ensamblaje 100 de punta de contacto proporcionado en el presente documento.

Descripción detallada

A. Definiciones

A menos que se defina de otro modo, 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, aplicaciones 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 similar, 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 en el presente documento, 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 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 por el contexto. Por tanto, un primer elemento, componente, región, capa o sección discutida a continuación podría denominarse un segundo elemento, componente, región, capa o sección sin apartarse de las enseñanzas de las realizaciones de ejemplo.

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

Como se usa en el presente documento, "opcional" u "opcionalmente" indica 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 indica 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.

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 a través de un orificio (tal como una boquilla) para conformar un penacho constreñido 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 energía de modo que el electrodo del soplete de 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, suministre 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 de PTA. Un soplete de arco de plasma transferido 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 conformar como calentar el material base, por ejemplo, para fundir al menos una porción del mismo o para conformar una piscina fundida en el material base, así como para calentar y fundir la alimentación de alambre metálico. El soplete de PTA puede tener ventajosamente un electrodo que contenga tungsteno y una boquilla que contenga cobre. Sin embargo, la invención no está vinculada a ninguna elección o tipo específico de soplete de PTA. Puede usarse cualquier dispositivo conocido o concebible capaz de funcionar como un soplete de PTA que proporcione una fuente de calor estable para fundir el alambre del electrodo metálico.

Como se usa en el presente documento, un "soplete de soldadura por arco de plasma" o "soplete de PAW' se refiere a un soplete de soldadura que se puede usar en la soldadura por arco de plasma. El soplete está diseñado para que un gas pueda calentarse a una temperatura alta para conformar plasma y se vuelva eléctricamente conductor, el plasma luego transfiere un arco eléctrico a una pieza de trabajo, y el intenso calor del arco puede fundir metal y/o fusionar dos piezas de metal juntas. Un soplete de PAW puede incluir una boquilla para estrechar el arco aumentando así la densidad de potencia del arco. El gas de plasma es típicamente argón. El gas de plasma puede alimentarse a lo largo de un electrodo y ionizarse y acelerarse en las proximidades de un cátodo. El arco puede dirigirse hacia la pieza de trabajo y es más estable que un arco de combustión libre (tal como en un soplete TIG). El soplete de 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. Corriente típica hasta 400 A, voltaje típico 25-35 V (hasta aprox. 14 kW). Los sopletes de PAW aplicados en esta invención son sopletes de arco de transferencia de plasma.

El término "material metálico" como se usa en el presente documento se refiere a cualquier metal o aleación metálica conocido o concebible que pueda conformarse en un alambre y emplearse en un proceso de fabricación de forma libre sólida para conformar un objeto tridimensional. Los ejemplos de materiales adecuados incluyen, pero no se limitan a, titanio y aleaciones de titanio tales como, por ejemplo, aleaciones de Ti-6A1-4V, níquel y aleaciones de níquel y otros metales o aleaciones metálicas.

El término "material base", como se usa en el presente documento, se refiere al material objetivo sobre el que se va a depositar el material metálico. Este 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.

El término "sustrato de sujeción", como se usa en el presente documento, se refiere al sustrato objetivo que se carga primero en las cámaras sobre las cuales se deposita material adicional, igual o diferente al del sustrato de sujeción, utilizando la técnica de SFFF de fabricación de forma libre sólida para conformar una pieza de trabajo. En realizaciones ejemplares, 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 realizaciones ejemplares, el sustrato de sujeción puede convertirse en parte de la pieza de trabajo. El material del sustrato de sujeción puede ser un metal o una aleación metálica. En realizaciones ejemplares, el sustrato de sujeción está hecho del mismo metal que el material de alimentación de alambre.

Como se usa en el presente documento, el término "pieza de trabajo" se refiere a un cuerpo metálico 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 conformar 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 tal 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 puede obtenerse, por ejemplo, conformando un modelo virtual en capas vectorizado del objeto tridimensional dividiendo primero el modelo virtual tridimensional en un conjunto de capas horizontales paralelas virtuales y luego dividiendo cada una de las capas paralelas en un conjunto de piezas cuasi unidimensionales virtuales. Entonces, el objeto físico puede conformarse activando 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 en 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 en capas vectorizado virtual del objeto hasta que se conforma todo el objeto.

Sin embargo, la invención no está vinculada 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 vinculado a ningún tipo específico de sistema de control. Puede emplearse cualquier sistema de control conocido o concebible (modelo c A d , sistema o software de fabricación asistida por ordenador (CAM), software, hardware y actuadores informáticos, etc.) capaz de construir objetos metálicos tridimensionales mediante fabricación sólida de forma libre. En realizaciones ejemplares, el sistema de control se puede ajustar para operar por separado un primer soplete de PAW para precalentar el material base y un segundo soplete de PAW para fundir el alambre de alimentación de material metálico sobre el área precalentada del material base. El primer soplete de PAW puede precalentar el material base para que sea receptivo a las gotas fundidas de alambre metálico fundido, es decir, material metálico fundido, en la posición en la que se depositará el material metálico fundido. En algunas realizaciones, el precalentamiento no funde el material base. En realizaciones alternativas, el primer PAW funde al menos una porción del material base para hacer que el material base sea más receptivo. En algunas realizaciones, el primer soplete de PAW aplica suficiente calor para conformar una piscina fundida en el material base en la posición en la que se va a depositar el material metálico.

El posicionamiento del material base y uno o más sopletes de PAW se puede lograr usando uno o más actuadores. En realizaciones ejemplares, el material base se puede reposicionar o mover usando una bandeja de actuador sobre la cual descansa el material base. La bandeja de actuador puede mover el material base en cualquier dirección. En realizaciones ejemplares, la bandeja de actuador puede colocarse en un sistema de carril o riel y ser capaz de mover el material base en cualquier dirección deseada. Alternativamente, la bandeja de actuador se puede operar usando un brazo mecánico o robótico. El actuador también se puede operar usando sistema hidráulico. De manera similar, uno o más sopletes de PAW se pueden mover usando uno o más actuadores. Por ejemplo, cada uno de los uno o más sopletes de PAW se puede unir a un brazo actuador controlado independientemente, tal como un brazo robótico o mecánico. También se puede implementar el uso de otros tipos de mecanismos para el brazo actuador, tal como por ejemplo sistemas de carril o vía. Los actuadores también se pueden operar usando sistema hidráulico. En realizaciones ejemplares en las que se utilizan dos o más sopletes de PAW, cada soplete de PAW se puede mover de forma independiente. En una realización alternativa que utiliza dos o más sopletes de PAW, la posición de dos o más sopletes de PAW puede fijarse entre sí y uno o más brazos actuadores mueven los dos o más sopletes de PAW simultáneamente. En realizaciones ejemplares, la bandeja de actuador es el único actuador utilizado, manteniendo uno o más sopletes de PAW en una posición fija durante la deposición. En realizaciones alternativas, la bandeja de actuador mueve el material base solo en dos direcciones en un plano, mientras que uno o más brazos del actuador mueven uno o más sopletes de PAW en una sola dirección, por ejemplo, perpendicularmente al plano en el que se mueve la bandeja de actuador. Lo contrario también puede ser cierto, donde uno o más brazos actuadores mueven uno o más sopletes de PAW en dos direcciones dentro de un plano mientras que la bandeja de actuador mueve el material base a lo largo de una sola dirección. En realizaciones alternativas, el material base se mantiene en una posición fija durante la deposición, y se utilizan uno o más brazos actuadores para mover uno o más sopletes de PAW. En una realización alternativa más, se utilizan una bandeja de actuador y uno o más brazos de actuador para mover el material base y uno o más sopletes de PAW.

B. Ensamblaje de puntas de contacto

Se proporcionan sistemas y métodos para la fabricación de cuerpos metálicos de forma casi neta utilizando fabricación de forma sólida libre, utilizando los sistemas y métodos un ensamblaje de punta de contacto que alivia significativamente los problemas relacionados con la erosión por chispa dentro del canal de guía de la guía. La acumulación dentro del canal de guía causada por chispas puede resultar en una conexión eléctrica aleatoria y movimiento físico dentro del canal de guía y puede resultar en deposiciones dentro del canal de guía que pueden interferir o prevenir el movimiento del alambre metálico a través de la guía. Los inventores han determinado que el problema con la obstrucción del canal de guía debido a chispas u otras causas o la desviación del alambre metálico debido a deformidades en el canal de guía debido a la acumulación causada por chispas puede aliviarse significativamente aislando eléctricamente la guía del alambre metálico, y usando un contacto eléctrico separado para suministrar la corriente eléctrica al alambre metálico. De acuerdo con la presente invención, una punta de contacto consumible está separada y aparte de la guía, y el alambre metálico se pone en contacto con la punta de contacto después de que el alambre metálico ha pasado a través de una porción extrema de la guía.

El ensamblaje de punta de contacto proporcionado en el presente documento incluye una guía, una fuente de suministro de alambre metálico que proporciona el alambre metálico a la guía y un elemento de contacto eléctrico que conecta eléctricamente el alambre a la fuente de alimentación eléctrica. La guía está aislada eléctricamente del alambre metálico, y una unidad de contacto eléctrico separada suministra la corriente eléctrica al alambre metálico a través de una punta de contacto de la unidad de contacto eléctrico. La guía puede ser de cualquier material compatible con la soldadura por arco de plasma. En algunas realizaciones, la guía es o contiene titanio o 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 ejemplares 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.

La punta de contacto es o contiene cobre o una aleación de cobre. La aleación de cobre puede contener cualquiera de las clases II a X de ASTM de cobre. La aleación de cobre puede incluir cobre en combinación con uno cualquiera de Ag, Al, Be, Bo, Cr, In, Mg, Ni, Sn, Sr, W, Zn o Zr o combinaciones de los mismos. Por ejemplo, la punta de contacto puede incluir una composición sinterizada de W y Cu, o una aleación de Cu y W. En realizaciones ejemplares, la punta de contacto puede tener una superficie curva o semicurva donde entra en contacto con el alambre. La superficie curva o semicurva se puede dimensionar de manera apropiada para acomodar el alambre que se va a contactar. Por ejemplo, para un alambre que tiene un diámetro de aproximadamente 1,6 mm, la punta de contacto puede tener una superficie curva o cóncava que tiene un diámetro de aproximadamente 1,8 mm. Además, el área de la superficie de la punta de contacto puede ser lo suficientemente grande para ayudar a evitar el sobrecalentamiento causado por la transferencia de corriente. En realizaciones ejemplares, la anchura o el espesor de la punta de contacto puede oscilar entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 10 mm.

En la FIG. 12 se muestra una realización ejemplar de un sistema que contiene el ensamblaje de punta de contacto proporcionado en el presente documento. 12. En el sistema ejemplar representado en la FIG. 12, el ensamblaje de punta de contacto incluye una guía 120 y una unidad 200 de contacto eléctrico colocada encima de la guía 120. La unidad 200 de contacto eléctrico contiene una punta 215 de contacto reemplazable (no se muestra en la figura) y una conexión 230 eléctrica para conectar la punta 215 de contacto con una fuente de alimentación, tal como una fuente de alimentación de DC. La unidad 200 de contacto eléctrico puede incluir un ensamblaje 210 de presión de punta de contacto que puede ejercer una presión hacia abajo contra un soporte 220 de punta de contacto para presionar la punta 215 de contacto en contacto con el alambre 180 metálico. La presión hacia abajo para mantener la punta 215 de contacto en contacto con el alambre 180 metálico puede lograrse, por ejemplo, mediante el uso de un resorte, sistema hidráulico, actuadores neumáticos, tornillos mecanizados o un ensamblaje de pistón motorizado o cualquier combinación de los mismos. Cuando el soporte 220 de punta de contacto presiona la punta 215 de contacto en contacto con el alambre 180 metálico, se puede completar un circuito eléctrico con un soplete 600 PTA.

La guía 120 y la unidad 200 de contacto eléctrico se muestran conectadas a un elemento 300 de soporte. La guía 120 y la unidad 200 de contacto eléctrico están térmicamente aisladas del elemento 300 de soporte mediante la inclusión de un material 310 aislante térmico entre los puntos de contacto. El elemento 300 de soporte se muestra acoplado a un marco 500. Debe entenderse que el elemento 300 de soporte y el marco 500 son simplemente ilustrativos. También se pueden utilizar otras estructuras de soporte. Una fuente 400 de suministro de alambre metálico, también eléctricamente aislado, proporciona un alambre 180 metálico a un extremo de la guía 120. El alambre 180 metálico pasa por la guía 120 y sale por el otro extremo de la guía 120, donde se coloca en el arco de plasma por encima del punto de deposición de la pieza de trabajo. Con la configuración ejemplar proporcionada en el presente documento, existe un único punto de contacto entre el alambre metálico y la punta de contacto de la unidad de contacto eléctrico. Esto permite mantener un punto de contacto estable. Esto también promueve un precalentamiento resistivo estable del alambre metálico antes de que entre en contacto con el arco y se funda.

La guía 120 puede tener cualquier forma, siempre que esté configurada para recibir un alambre 180 metálico y deja que el alambre 180 metálico pase por la guía 120 sin obstáculos. Una guía 120 ejemplar se muestra en detalle en las FIGS. 8-11. Como se muestra en la FIG. 8, la guía 120 puede tener una forma generalmente cilíndrica para acomodar un alambre 180 metálico, es decir, en la forma de UN alambre con una sección transversal sustancialmente circular. La forma de la porción exterior de la guía 120 puede tener una sección transversal circular, ovalada, elíptica o poligonal, por ejemplo, cuadrada, triangular, rectangular, pentagonal, hexagonal, octagonal o cualquier combinación de las mismas. En las FIGS. 6A y 6B, la sección transversal de la guía 120 se muestra como circular. En las FIGS. 7A y 7B, la sección transversal de la guía 120 se muestra como cuadrada.

En una realización ejemplar, la guía 120 se puede enfriar por fluido. Por ejemplo, la guía puede diseñarse para incluir una ruta interna para que el fluido fluya a través de la guía. El fluido puede ser cualquier fluido adecuado, como agua, un alcohol C¹-C⁵ , una polialfaolefina, un alquilenglicol, tal como etilenglicol o propilenglicol, o mezclas de los mismos. En algunas realizaciones, el fluido refrigerante es agua, una mezcla de agua y propilenglicol o una mezcla de agua y etilenglicol. El fluido refrigerante puede incluir aditivos, tales como sales, inhibidores de corrosión, ajustadores de pH o combinaciones de los mismos.

La guía puede incluir proyecciones o salientes de la superficie exterior, tal como para alinear la guía o para permitir la fijación de la guía a un soporte u otros elementos. Como se muestra en la FIG. 8, que muestra una vista lateral de la guía. 120, la guía 120 puede incluir proyecciones 122 y 124 de sujetador para conectar la guía 120 al elemento 300 de soporte (como se muestra en la FIG. 12). Las proyecciones 122 y 124 de sujetador se pueden roscar para acomodar un perno o tornillo que se puede utilizar para acoplar la guía 120 al elemento 300 de soporte. La guía 120 puede incluir un saliente 127 que puede encajar y/o guiar la colocación de la unidad 200 de contacto eléctrico.

Como se muestra en la FIG. 8, la guía 120 puede incluir una sección 115 recortada en la porción superior de la guía 120 que puede acomodar una porción del extremo de la unidad 200 de contacto eléctrico. La sección 115 recortada da como resultado la conformación de una primera pared 111 recortada que contiene una abertura 12 de entrada recortada y una segunda pared 114 recortada que contienen una abertura 113 de salida recortada. El alambre 180 metálico entra en la sección 115 recortada a través de la abertura 12 de entrada recortada y sale de la sección 115 recortada a través de la abertura 113 de salida recortada, finalmente saliendo de la guía 120 a través de la abertura 155 de salida.

La FIG. 9 muestra una vista superior de la guía 120. Como se muestra en la figura, la guía 120 puede incluir una abertura 125 inferior debajo de la sección 115 recortada. La abertura 125 inferior permite que el polvo o las partículas del alambre 180 metálico salgan de la guía 120 antes de acercarse a la pieza de conformación. La abertura 125 inferior puede extenderse hasta el segundo extremo 150 de la guía 120, como se muestra en la FIG. 10.

La FIG. 11 muestra una vista frontal sesgada de la guía 120. Esta vista ilustra una realización donde el revestimiento 160 aislante eléctricamente se extiende desde el segundo extremo 150 de la guía 120. El alambre 180 metálico está rodeado por el revestimiento 160 aislante eléctricamente a cierta distancia al salir de la guía 120 a través de la abertura 155 de salida. El revestimiento 160 aislante eléctricamente que se extiende desde el segundo extremo 150 no tiene que rodear completamente el alambre 180 metálico. Por ejemplo, una porción de la parte inferior del revestimiento 160 aislante eléctricamente se puede eliminar. Por ejemplo, medido a partir del diámetro horizontal del revestimiento 160 aislante eléctricamente, se puede eliminar un segmento de arco que subtiende un ángulo de aproximadamente 10° a aproximadamente 180°. Cuando el revestimiento 160 aislante eléctricamente tiene una sección transversal circular, la eliminación de un segmento de arco que subtiende un ángulo de 180° da como resultado un revestimiento 160 aislante eléctricamente semicircular que cubre la porción superior del alambre 180 metálico.

La guía puede aislarse eléctricamente del alambre metálico utilizando un revestimiento aislante eléctricamente que contiene un material aislante eléctricamente adecuado para su uso en las condiciones a las que estaría expuesta la guía durante la soldadura. El material aislante eléctricamente puede ser o contener una cerámica aislante eléctricamente. Dichas cerámicas son conocidas en la técnica y pueden incluir óxidos o nitruros de Al, B, Zr, Mg, Y, Ca, Si, Ce, In y Sn y combinaciones de los mismos (por ejemplo, véaselas Pat. de EE.UU. Nos. 6,344,287 (Celik et al., 2002); 4,540,879 (Haerther et al., 1985); y 7,892,597 (Hooker et al., 2011)). El material aislante eléctricamente puede ser o contener nitruro de aluminio, óxido de aluminio, nitruro de magnesio, óxido de magnesio, cuarzo, nitruro de silicio, nitruro de boro, dióxido de circonio y mezclas y combinaciones de los mismos.

El revestimiento aislante eléctricamente se puede configurar para estar contenido dentro de la guía. En la FIG. 4A se muestra una realización ejemplar, donde el revestimiento 160 aislante eléctricamente no se extiende más allá del extremo de la guía 120. El revestimiento aislante eléctricamente se puede configurar para extenderse desde uno o ambos extremos de la guía. En la FIG. 4A se muestra una realización ejemplar. donde el revestimiento 160 aislante eléctricamente se extiende más allá del extremo de la guía 120.

Cuando la sección recortada está presente, el revestimiento aislante eléctricamente puede configurarse para estar contenido dentro de la guía y no extenderse dentro de la sección recortada o extenderse más allá del extremo de la guía. En la FIG. 4A se muestra una realización ejemplar, donde revestimiento 160 aislante eléctricamente está contenido en la guía 120. En algunas realizaciones, cuando la sección recortada está presente, el revestimiento aislante eléctricamente puede configurarse para extenderse dentro de la sección recortada o extenderse más allá del extremo de la guía o ambos. En la FIG. 4A se muestra una realización ejemplar, donde el revestimiento 160 aislante eléctricamente se extiende a la sección 115 recortada y se extiende más allá del extremo de la guía 120.

El revestimiento aislante eléctricamente puede contener un orificio central a través del cual puede pasar el alambre metálico. El orificio central típicamente tiene una forma que se adapta fácilmente al alambre metálico. Por ejemplo, cuando el alambre metálico es un alambre que tiene una sección transversal circular, el revestimiento aislante eléctricamente incluye un orificio central con una sección transversal circular. El orificio central del revestimiento aislante eléctricamente generalmente tiene un diámetro que es ligeramente mayor que el diámetro del alambre metálico. Esto se adapta a cualquier variación en el tamaño de la sección transversal del alambre metálico, como la variación en el diámetro del alambre. Por ejemplo, cuando el alambre metálico es un alambre metálico, el diámetro del alambre puede tener una cierta variación de diámetro, y se puede usar una tolerancia en la variación para determinar el tamaño del orificio central del revestimiento aislante eléctricamente. Por ejemplo, el orificio central del revestimiento aislante eléctricamente se puede dimensionar para adaptarse al diámetro de un alambre metálico en forma de alambre metálico más una tolerancia de variación de 0,01 mm.

El diámetro del alambre metálico, de acuerdo con ciertas realizaciones de la presente invención, puede oscilar entre aproximadamente 0,8 mm y aproximadamente 5 mm. El alambre metálico puede tener cualquier dimensión prácticamente que se puede implementar, por ejemplo, 1,0 mm, 1,6 mm, 2,4 mm, etc. La rata de alimentación y el posicionamiento del alambre metálico se pueden controlar y modular de acuerdo con el efecto de la fuente de alimentación al soplete de PAW para asegurar que el alambre metálico esté siendo calentado continuamente y se funde cuando alcanza la posición deseada por encima del área precalentada del material base.

Cuando el revestimiento aislante eléctricamente incluye una cerámica aislante en la vecindad del orificio central a través del cual pasa el alambre metálico, la cerámica aislante puede incluir un tratamiento superficial para reducir la rugosidad de la superficie de la cerámica aislante del alambre metálico. El tratamiento de la superficie puede ayudar a minimizar o eliminar el rayado o puntos del alambre metálico cuando pasa a través del revestimiento aislante eléctricamente. Por ejemplo, la superficie del revestimiento aislante eléctricamente puede tratarse para incluir un esmalte de superficie que reduce las fuerzas de atracción que provocan la fricción entre la superficie del revestimiento y el electrodo. El tratamiento de acristalamiento con láser se puede utilizar para reducir los poros de la superficie, las grietas o las deformaciones en la superficie para reducir la fricción y producir una superficie de cerámica aislante más suave. La superficie del revestimiento aislante eléctricamente puede tratarse para incluir un recubrimiento de carbono similar al diamante. Se puede aplicar un fluoropolímero sintético, tal como politetrafluoroetileno (PTFE), a la superficie del revestimiento aislante eléctricamente para reducir la fricción. El tratamiento de la superficie puede ayudar a minimizar la conformación de pequeños trozos de alambre metálico que pueden conformarse debido a la interacción del alambre metálico con una superficie de cerámica aislante rugosa. En cada una de las FIGS. 6A, 6B, 7A y 7B, un recubrimiento 165 opcional se muestra en la superficie del revestimiento 160 aislante eléctricamente frente al orificio 130 central.

El revestimiento 160 aislante eléctricamente puede tener cualquier forma, siempre que esté configurado para tener un orificio 130 central que recibe un alambre 180 metálico y permite que el alambre 180 metálico pase a través del revestimiento 160 aislante eléctricamente. La forma de la porción exterior del revestimiento 160 aislante puede tener una sección transversal circular, ovalada, elíptica o poligonal, por ejemplo, cuadrada, triangular, rectangular, pentagonal, hexagonal u octagonal. Como se muestra en la FIG. 6A y 7B, el revestimiento 160 aislante eléctricamente puede tener una sección transversal sustancialmente circular con un orificio 130 central que tiene una sección transversal circular. Las FIGS. 6B y 7A muestran un revestimiento 160 aislante eléctricamente que tiene una sección transversal cuadrada con un orificio 130 central que tiene una sección transversal circular.

La unidad de contacto eléctrico contiene una punta de contacto reemplazable que se pone en contacto con el alambre metálico. Como se discutió anteriormente, la punta de contacto puede tener una superficie curva o semicurva dimensionada para acomodar el alambre. Además, el área de la superficie de la punta de contacto puede ser lo suficientemente grande para ayudar a evitar el sobrecalentamiento causado por la transferencia de corriente. En realizaciones ejemplares, la anchura o el espesor de la punta de contacto puede oscilar entre aproximadamente 1 mm a aproximadamente 10 mm. La punta de contacto conecta eléctricamente el alambre metálico a una fuente de alimentación de corriente continua. La conexión eléctrica se puede realizar de modo que se forme un circuito que conecte la fuente de alimentación, el electrodo de un soplete de PTA y el alambre metálico (a través de la punta de contacto reemplazable). Cuando el alambre metálico entra en el arco del soplete de PTA, la columna de plasma, incluyendo el arco eléctrico, entrega un flujo de calor altamente concentrado a una pequeña área de la superficie del alambre metálico. El soplete de PTA puede tener un electrodo hecho de tungsteno y una boquilla hecha de cobre o aleación de cobre. Sin embargo, la invención no está vinculada a ninguna elección o tipo específico de soplete de PTA. Se puede utilizar cualquier dispositivo conocido o concebible que pueda funcionar como un soplete de PTA. Además, la invención puede implementarse utilizando un soplete de PAW que no sea un soplete de PTA.

En los métodos proporcionados, la soldadura mediante la fusión de un alambre metálico calentado por un arco eléctrico (soldadura por arco metálico con gas o GMAW), en particular utilizando gases no reactivos para conformar el arco (soldadura con gas inerte metálico o soldadura MIG) se utiliza en la fabricación de forma libre sólida de un objeto metálico. En estos métodos, se hace que un alambre metálico se funda en el plasma producido por el soplete usando un arco eléctrico, y el alambre metálico que se derrite se deposita sobre la pieza de trabajo para agregar y conformar los cuerpos metálicos de forma casi neta.

También se puede utilizar un material aislante eléctricamente para aislar la unidad de contacto eléctrico del arco de un soplete de PTA. El material aislante eléctricamente se puede colocar en la abertura de salida de la guía del alambre metálico de modo que se extienda a cierta distancia de la abertura de salida. La longitud del material aislante eléctricamente que se extiende desde la abertura de salida puede ser de 0,1 a 10 mm, o de aproximadamente 0,5 a 5 mm, o aproximadamente 1 mm.

En algunas realizaciones, la unidad de contacto eléctrico se puede colocar dentro de una sección recortada de la guía de alambre metálico y la guía puede incluir un material aislante eléctricamente que se coloca en la abertura de salida de la guía. En la FIG. 4A se muestra una realización ejemplar, que muestra la sección 115 recortada de guía 120 para recibir la unidad 200 de contacto eléctrico, y el material 160 aislante eléctricamente extendiéndose más allá del extremo de la guía 120.

El material aislante eléctricamente puede incluir cualquier material adecuado para su uso a temperaturas cercanas al arco de plasma. El material aislante eléctricamente puede ser o contener una cerámica aislante eléctricamente. Dichas cerámicas son conocidas en la técnica y pueden incluir óxidos o nitruros de Al, B, Zr, Mg, Y, Ca, Si, Ce, In y Sn y combinaciones de los mismos (por ejemplo, véase las Pat. de EE.UU. Nos. 6,344,287 (Celik et al., 2002); 4,540,879 (Haerther et al., 1985); y 7,892,597 (Hooker et al., 2011)). El material aislante eléctricamente puede ser o contener nitruro de aluminio, óxido de aluminio, nitruro de magnesio, óxido de magnesio, cuarzo, nitruro de silicio, nitruro de boro, dióxido de circonio y mezclas y combinaciones de los mismos.

La punta de contacto dentro de la unidad de contacto eléctrico contiene cobre o una aleación de cobre. Las puntas de contacto están disponibles comercialmente (por ejemplo, de Brouwer Metaal bv), y la invención no se limita a ningún tipo específico de punta de contacto. La punta de contacto se puede unir a un soporte cilíndrico dentro de la unidad de contacto eléctrico. En algunas realizaciones, la punta de contacto está aislada térmicamente del soporte cilíndrico mediante el uso de un material aislante térmico intermedio. Cualquier material de aislamiento térmico que pueda soportar las temperaturas a las que podría estar expuesta la punta de contacto es apropiado para su uso dentro de la unidad de contacto eléctrico. Un material aislante térmico ejemplar es la cerámica, que también se puede seleccionar para que sea aislante eléctricamente, lo que minimizaría o evitaría que la corriente eléctrica se transfiera desde la punta de contacto hasta la unidad de contacto eléctrico. Cualquiera de las cerámicas descritas anteriormente podría usarse para construir un accesorio apropiado para unir la punta de contacto al soporte cilíndrico dentro de la unidad de contacto eléctrico.

La punta de contacto dentro de la unidad de contacto eléctrico se mantiene en contacto con el alambre metálico para asegurar una corriente constante al alambre metálico y un circuito completo que contiene la fuente de energía, el alambre metálico y el área objetivo. En algunas realizaciones, la punta de contacto se mantiene en contacto con el alambre metálico mediante un ensamblaje de presión de la punta de contacto. El ensamblaje de presión de punta de contacto puede ser parte de la unidad de contacto eléctrico o puede ser un elemento separado. Como se muestra esquemáticamente en la FIG. 6A, el ensamblaje 210 de presión de punta de contacto puede ejercer una presión hacia abajo contra el soporte 220 de punta de contacto para presionar la punta 215 de contacto en contacto con el alambre 180 metálico. La presión hacia abajo para mantener la punta 215 de contacto en contacto con el alambre 180 metálico se puede lograr usando, por ejemplo, un resorte, sistema hidráulico, tornillos mecanizados o un ensamblaje de pistón motorizado. Cuando se usa un resorte, se puede seleccionar el resorte para que ejerza una fuerza de magnitud o fuerza apropiada de modo que no sea tan fuerte que la punta 215 de contacto raspa el alambre 180 metálico, pero lo suficientemente fuerte para mantener el contacto entre la punta 215 de contacto y el alambre 180 metálico. Dependiendo de la configuración elegida, se puede usar un resorte, tal como un resorte de compresión, que tenga una constante de resorte de aproximadamente 0,001 a aproximadamente 10 N/m para forzar la punta 215 de contacto contra el alambre 180 metálico.

En algunas realizaciones, la punta de contacto se mantiene en contacto con el alambre metálico mediante un ensamblaje de prensado de alambre. Como se muestra esquemáticamente en la FIG. 9, el ensamblaje 190 de prensado de alambre puede ejercer una presión hacia arriba contra el alambre 180 metálico a medida que pasa sobre el ensamblaje 190 de prensado de alambre para presionar el alambre 180 metálico en contacto con la punta 215 de contacto. La presión hacia arriba para mantener el alambre 180 metálico en contacto con la punta 215 de contacto se puede lograr, por ejemplo, utilizando, por ejemplo , un pasador, palanca o clip, tal como un clip en forma de L, unido a un resorte, sistema hidráulico, tornillos mecanizados o un ensamblaje de pistón motorizado. El pasador o clip hace contacto con el alambre metálico y empuja el alambre metálico hacia arriba para entrar en contacto con la punta de contacto. La fuerza ascendente puede ser proporcionada por un resorte, un sistema hidráulico, tornillos mecanizados o un ensamblaje de pistón motorizado o combinaciones de los mismos. La fuerza para presionar el alambre metálico en contacto con la punta de contacto se puede seleccionar para que sea de la fuerza o magnitud adecuada, de modo que no sea tan fuerte que la punta 180 de contacto o ensamblaje 190 de prensado de alambre raya el alambre metálico, por ejemplo, alambre metálico, pero lo suficientemente fuerte para mantener un contacto continuo entre la punta 215 de contacto y el alambre 180 metálico. Dependiendo de la configuración elegida, se puede usar un resorte, tal como un resorte de compresión que tenga una constante de resorte de aproximadamente 0,001 a aproximadamente 10 N/m, solo o en combinación, para forzar el ensamblaje 190 de prensado de alambre hacia la punta 215 de contacto. En algunas realizaciones, se usa una combinación de un ensamblaje de presión de punta de contacto para presionar la punta de contacto hacia abajo y un ensamblaje de presión de alambre para presionar el alambre metálico hacia arriba. Alternativamente, el ensamblaje de presión de la punta de contacto presiona hacia arriba y el ensamblaje de presión del alambre presiona el alambre metálico hacia abajo. En otras realizaciones alternativas, el ensamblaje de punta de contacto no presiona, y el alambre se pone en contacto con la punta de contacto únicamente por el ensamblaje de presión del alambre metálico. Alternativamente, no se utiliza un ensamblaje de prensado de alambre metálico y la punta de contacto se presiona contra el alambre mediante el ensamblaje de punta de contacto. En otra realización alternativa, no se aplica presión ni al alambre metálico ni a la punta de contacto.

El ensamblaje de prensado de alambre puede incluir una punta aislante en su superficie que se interconecta y entra en contacto con el alambre metálico. Como se muestra en la FIG. 4A, una punta 195 aislante opcional se muestra en la superficie del ensamblaje 190 de prensado de alambre y es la punta 195 aislante que entra en contacto con el alambre metálico. La punta aislante puede estar hecha de cualquier material compatible con el entorno y la temperatura a la que estaría expuesta la punta de contacto. Por ejemplo, la punta aislante del ensamblaje de prensado de alambre puede ser o contener una cerámica aislante eléctricamente. Las cerámicas ejemplares incluyen los óxidos o nitruros de Al, B, Zr, Mg, Y, Ca, Si, Ce, In y Sn y combinaciones de los mismos. El material aislante eléctricamente puede ser o contener nitruro de aluminio, óxido de aluminio, nitruro de magnesio, óxido de magnesio, cuarzo, nitruro de silicio, nitruro de boro, dióxido de circonio y mezclas y combinaciones de los mismos.

C. Ejemplos

Los siguientes ejemplos se incluyen solo con fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de las realizaciones proporcionadas en el presente documento.

Primer ejemplo de realización

El primer ejemplo de realización del ensamblaje de punta de contacto se muestra esquemáticamente en las FIGS. 1A y 1B. Como se ilustra en la figura, el ensamblaje de punta de contacto incluye una guía 120 que tiene un eje A-A' central longitudinal, un primer extremo 140, y un segundo extremo 150 opuesto, y un orificio 130 central lineal que se extiende y que corre a lo largo del eje central longitudinal de la guía 120 desde su primer extremo 140 hasta su segundo extremo 150. También está presente un revestimiento 160 aislante eléctricamente dentro del orificio 130 central, extendiéndose el revestimiento 160 aislante eléctricamente al menos desde el primer extremo 140 hasta el segundo extremo 150 de la guía 120. El revestimiento 160 aislante eléctricamente incluye un canal 170 de guía que tiene una abertura 145 de entrada en el primer extremo 140 y una abertura 155 de salida en el segundo extremo 150 y que atraviesa el revestimiento 160 aislante eléctricamente lineal a lo largo del eje A-A' central longitudinal. El revestimiento 160 aislante eléctricamente guía un alambre 180 metálico pasando a través del canal 170 de guía cilíndrico lineal 170 desde la abertura 145 de entrada hacia y más lejos de la abertura 155 de salida a través del orificio 130 central. El ensamblaje de punta de contacto también incluye una unidad 200 de contacto eléctrico que contiene una punta 215 de contacto en contacto eléctrico con una fuente de energía eléctrica, donde la unidad 200 de contacto eléctrico se encuentra a una distancia de la abertura 155 de salida. El ensamblaje de punta de contacto también incluye un ensamblaje 210 de presión del elemento de contacto para presionar una punta 215 de contacto de la unidad 200 de contacto eléctrico sobre el alambre 180 metálico. Como se ilustra en la FIG. 1B, la parte inferior de la guía 120 incluye una abertura 125 inferior que permite que el polvo o pedazos de alambre salgan de la guía 120 antes de acercarse a la pieza de conformación. En la realización de ejemplo, la guía 120 está hecha de aleación Ti-6Al-4V, la punta 215 de contacto es un compuesto de W/Cu, y el ensamblaje de presión de la punta de contacto incluye un resorte de compresión.

En uso, el alambre 180 metálico es un alambre hecho de aleación Ti-6Al-4V, que es alimentado continuamente por un alimentador de alambre y entra en la abertura 145 de entrada y atraviesa la guía 120 a través del canal 170 de guía. La punta 215 de contacto se conecta a través de un conector 240 aislante, que es de cerámica, a un soporte 220 de punta de contacto, y es empujado hacia abajo contra el alambre 180 metálico mediante la fuerza de un resorte de compresión en el ensamblaje de presión de la punta 210 de contacto. El alambre metálico sale de la guía 120 a través de la abertura 155 de salida y está posicionado de manera que su extremo distal esté ubicado sobre el área precalentada en el área de deposición en el material base. El alambre metálico se calienta a una rata de fusión del extremo distal de manera que se suministran continuamente gotas de electrodo fundido al área precalentada del material base. En algunas realizaciones, se suministran continuamente gotas de electrodo fundido a un baño fundido en el material base.

En realizaciones ejemplares, un arco de transferencia de plasma está conformado por un soplete de PTA que está conectado eléctricamente a una fuente de alimentación de DC de modo que el electrodo del soplete de PTA se convierte en cátodo y el alambre metálico se convierte en ánodo. El arco de plasma transferido es continuo y se dirige para calentar y fundir el extremo distal del alambre metálico. El efecto de la fuente de alimentación de DC se modula para mantener una tasa de calentamiento y fusión de acuerdo con la velocidad de alimentación del alambre, de modo que la conformación de las gotas de alambre metálico fundido, en este ejemplo alambre de aleación Ti-6AL-4V, se cronometra para mantener un goteo continuo de alambre fundido sobre la superficie precalentada del material base, o dentro de una piscina fundida sobre el material base. El efecto suministrado por la fuente de alimentación de DC y la velocidad de alimentación del alambre son monitorizados y modulados constantemente por un sistema de control de modo que el área precalentada del material base de la piscina fundida del material base se suministra con alambre fundido a una rata que proporciona la rata de deposición prevista de la aleación Ti-6Al-4V.

Un sistema de control (tal como un sistema de fabricación asistido por ordenador) puede activarse simultáneamente para operar y regular el acoplamiento de uno o más actuadores (no mostrados) que colocan y mueven constantemente el material base y uno o más sopletes de PAW o PTA de manera que el punto de deposición previsto, dado por el modelo CAD del objeto que se va a conformar. El sistema de control también puede activarse para operar cualquier actuador que controle un soplete de PAW o PTA de precalentamiento de modo que un área precalentada del material base, o un baño fundido en el material base, sea donde se depositará el material metálico fundido.

El sistema de control usado en realizaciones ejemplares de la invención descrita en el presente documento puede proporcionar una automatización parcial o completa del aparato de deposición. El sistema de control puede incluir un procesador de ordenador o unidad central de procesamiento (CPU), pantalla de CPU, una o más fuentes de alimentación, conexiones de fuente de alimentación, módulos de señal como entradas y/o salidas, blindaje integrado de señales analógicas, dispositivos de almacenamiento, placas de circuito, chips de memoria u otro medio de almacenamiento, un medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio que tiene incorporado un programa legible por ordenador, o cualquier combinación de los mismos. El programa legible por ordenador puede contener el software apropiado para automatizar cualquiera o una combinación de sistemas. Los módulos de control ejemplares incluyen, pero no se limitan a, el SIMATIC-S7-1500 de Siemens AG (Munich, 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).

Segundo ejemplo de realización

El segundo ejemplo de realización del ensamblaje de punta de contacto se muestra esquemáticamente en las FIGS.

4A y 4B. Como se ilustra en la figura, el ensamblaje de punta de contacto incluye una guía 120 que tiene un eje A-A' central longitudinal, un primer extremo 140, y un segundo extremo 150 opuesto, y un orificio 130 central lineal extendiéndose y corriendo a lo largo del eje central longitudinal de la guía 120 desde su primer extremo 140 hasta su segundo extremo 150. También está presente un revestimiento 160 aislante eléctricamente dentro del orificio 130 central, extendiéndose el revestimiento 160 aislante eléctricamente al menos desde el primer extremo 140 hasta el segundo extremo 150 de la guía 120. El revestimiento 160 aislante eléctricamente incluye un canal 170 de guía que tiene una abertura 145 de entrada en el primer extremo 140 y una abertura 155 de salida en el segundo extremo 150 y que atraviesa el revestimiento 160 aislante eléctricamente lineal a lo largo del eje A-A' central longitudinal. El revestimiento 160 aislante eléctricamente guía un alambre 180 metálico que pasa a través del canal 170 de guía cilíndrico lineal 170 desde la abertura 145 de entrada hacia y más lejos de la abertura 155 de salida a través del orificio 130 central. El ensamblaje de punta de contacto también incluye una unidad 200 de contacto eléctrico que contiene una punta 215 de contacto en contacto eléctrico con una fuente de energía, donde la unidad 200 de contacto eléctrico se encuentra a una distancia de la abertura 155 de salida. El ensamblaje de punta de contacto también incluye un ensamblaje 190 de prensado de alambre para presionar el alambre 180 metálico en contacto con la punta 115 de contacto de la unidad 200 de contacto eléctrico. En la realización de ejemplo, el ensamblaje 190 de prensado de alambre tiene una punta 195 aislante que es de cerámica. El ensamblaje 190 de prensado de alambre incluye un resorte que mantiene la punta 195 aislante en contacto con el alambre 180 metálico.

En uso, el alambre 180 metálico es un alambre hecho de aleación Ti-6Al-4V, que es alimentado continuamente por un alimentador de alambre y entra en la abertura 145 de entrada y atraviesa la guía 120 a través del canal 170 de guía. La punta 215 de contacto se conecta a través de un conector 240 aislante, que es de cerámica, a un soporte 220 de punta de contacto, que está en una posición fija. El alambre 180 metálico se empuja contra la punta 215 de contacto mediante la fuerza de un resorte de compresión en el ensamblaje 190 de prensado de alambre. El alambre metálico sale de la guía 120 a través de la abertura 155 de salida y después de pasar por encima del ensamblaje 190 de prensado de alambre se coloca de manera que su extremo distal esté ubicado por encima de la zona precalentada del material base en el área de deposición sobre el material base. El alambre metálico se calienta a una rata de fusión del extremo distal de manera que se suministran continuamente gotas de electrodo fundido al área precalentada en el material base.

Un arco de plasma transferido está conformado por un soplete de PTA que está conectado eléctricamente a una fuente de alimentación de DC de modo que el electrodo del soplete de PTA se convierte en el cátodo y el alambre metálico en el ánodo. El arco de plasma transferido es continuo y se dirige para calentar y fundir el extremo distal del alambre metálico. El efecto de la fuente de alimentación de DC se modula para mantener una tasa de calentamiento y fusión de acuerdo con la velocidad de alimentación del alambre, de modo que la conformación de las gotas de alambre metálico fundido, en este ejemplo alambre de aleación Ti-6AL-4V, se cronometra para mantener un goteo continuo de alambre fundido sobre el área precalentada del material base. El efecto suministrado por la fuente de alimentación de DC y la velocidad de alimentación del alambre son monitorizados y modulados constantemente por un sistema de control de modo que el área precalentada del material base se suministra con alambre fundido a una tasa que proporciona la tasa de deposición prevista de la aleación Ti-6Al-4V. El sistema de control se activa simultáneamente para operar y regular el acoplamiento de un actuador (no mostrado) que constantemente posiciona y mueve el material base de tal manera que el área precalentada del material base para recibir el metal fundido se ubica en el punto de deposición previsto como se indica por el modelo CAD del objeto que se va a conformar.

Lista de señales de referencia

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

A-A' Eje central longitudinal

B-B' Eje vertical

100 Ensamblaje de punta de contacto

110 Extensión distal

111 Primera pared recortada

112 Abertura de entrada recortada

113 Abertura de salida recortada

114 Segunda pared recortada

115 Sección recortada

120 Guía

122 Proyección de sujeción 1

124 Proyección de sujeción 2

125 Abertura inferior

127 Saliente

130 Agujero central

140 Primer extremo

145 Apertura de entrada

150 Segundo extremo

155 Abertura de salida

160 Revestimiento aislante eléctricamente

165 Revestimiento

170 Canal guía

180 Alambre metálico

190 Ensamblaje de prensado de alambre

195 Punta aislante

200 Unidad de contacto eléctrico

210 Ensamblaje de presión de punta de contacto

215 Punta de contacto

220 Soporte de punta de contacto

230 Conexión eléctrica

240 Conector aislante opcional

300 Elemento de soporte

310 Material aislante térmicamente

400 Fuente de suministro de alambre metálico

500 Marco

600 Soplete de PAW

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un ensamblaje de punta de contacto para soldadura MIG y un soplete de PTA en asociación con el ensamblaje de punta de contacto, comprendiendo el ensamblaje de punta de contacto:

una guía (120) que tiene un eje (A-A') central longitudinal, un primer extremo (140), y un segundo extremo (150) opuesto, y un orificio (130) central que se extiende y que corre a lo largo del eje central longitudinal de la guía desde su primer extremo hasta su segundo extremo a través de la cual se puede proporcionar un alambre (180) metálico; y que está caracterizado por:

una unidad (200) de contacto eléctrico que contiene una punta (215) de contacto en contacto eléctrico con una fuente de energía eléctrica, estando la unidad de contacto eléctrico dispuesta para contactar el alambre metálico con la punta de contacto más allá del segundo extremo de la guía, estando el ensamblaje de punta de contacto colocado de modo que después de que el alambre metálico pase a través de la guía y se ponga en contacto con la punta (215) de contacto, el alambre metálico se coloque en un arco de plasma del soplete de arco (600) de transferencia de plasma (PTA) por encima de un punto de deposición de un pieza de trabajo;

un revestimiento (160) aislante eléctricamente dentro del orificio (130) central y que se extiende al menos desde el primer extremo hasta el segundo extremo de la guía (120); y

en el que la punta (215) de contacto está separada y aparte de la guía (120) y la punta de contacto está aislada espacialmente del soplete (600) PTA.

2. La asociación de la reivindicación 1, que comprende, además:

a) un ensamblaje (190) de prensado de alambre para presionar el alambre (180) metálico en contacto con la punta (215) de contacto del elemento de contacto eléctrico; y/o

b) un ensamblaje (210) de presión de elemento de contacto para presionar la punta (215) de contacto del elemento de contacto eléctrico sobre el alambre metálico:

3. La asociación de la reivindicación 1 o 2, donde el revestimiento aislante eléctricamente:

comprende un canal (170) de guía que tiene una abertura (145) de entrada en el primer extremo (140) y una abertura (155) de salida en el segundo extremo (150) y que atraviesa el revestimiento (160) aislante eléctricamente a lo largo del eje (A-A') central longitudinal, y

guía un alambre (180) metálico que se pasa a través del canal de guía cilíndrica lineal

desde la abertura (145) de entrada hacia y más allá de la abertura de salida.

4. La asociación de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la unidad (200) de contacto eléctrico se coloca a una distancia de la abertura (155) de salida.

5. La asociación de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende, además:

a) una abertura (125) inferior en la parte inferior de la guía (120); y/o

b) una sección (115) recortada que expone el alambre (180) metálico a la punta (225) de contacto de la unidad (200) de contacto eléctrico.

6. La asociación de la reivindicación 5, en la que la abertura (125) inferior se extiende hasta el segundo extremo (150).

7. La asociación de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que:

la guía (120) está hecha de o comprende Ti o una aleación de Ti o compuesto que contiene Al, Cr, Cu, Fe, Hf, Sn, Mn, Mo, Ni, Nb, Si, Ta, V, W o Zr, o combinaciones de los mismos; y

la punta (215) de contacto está hecha o comprende un metal eléctricamente conductor o una aleación metálica o material compuesto que comprende Cu solo o en combinación con W.

8. La asociación de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende, además:

a) un recubrimiento en la superficie del revestimiento (160) aislante eléctricamente que conforma el canal (170) de guía; y/o

b) una punta (195) aislante en la superficie del ensamblaje (190) de prensado de alambre que entra en contacto con el alambre (180) metálico.

9. La asociación de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que la unidad de contacto eléctrico comprende: una conexión (230) eléctrica que conecta la punta (215) de contacto a una fuente de energía; y

un conector (240) aislante que conecta la punta (215) de contacto a un soporte (220) de punta de contacto.

10. La asociación de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende, además:

un elemento (300) de soporte al que se pueden conectar la guía (120) y la unidad (200) de contacto eléctrico para soporte;

una fuente (400) de suministro de alambre metálico;

y un marco (500) al que se puede unir el elemento de soporte.

11. La asociación de la reivindicación 10, en la que un material aislante térmico está presente entre:

el elemento (300) de soporte y la guía (120);

el elemento (300) de soporte y la unidad (200) de contacto eléctrico; y

el elemento (300) de soporte y el marco (500).

12. Un método para proporcionar una corriente eléctrica a un alambre metálico durante la manufactura de un objeto tridimensional de un material metálico mediante fabricación sólida de forma libre. caracterizado porque el método comprende:

aplicar un ensamblaje de punta de contacto para soldadura MIG y un soplete de PTA en asociación con el ensamblaje de punta de contacto de acuerdo cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,

alimentar un alambre metálico a través de la guía (120); y

colocar el alambre (180) metálico después de que esté en contacto con la punta (215) de contacto en un arco de plasma del soplete (600) de arco de transferencia de plasma (PTA) por encima de un punto de deposición de una pieza de trabajo.

13. Un sistema para fabricar un objeto tridimensional de un material metálico mediante fabricación de forma libre sólida, que comprende:

un ensamblaje de punta de contacto para soldadura MIG y un soplete de PTA (600) en asociación con el ensamblaje de punta de contacto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11; y

un modelo informático del objeto que se va a conformar para definir un perfil de deposición de modo que se construya un objeto físico fusionando depósitos sucesivos del material metálico sobre el material base.

14. El sistema de la reivindicación 13, que comprende, además:

a) una bandeja de actuador que mueve el material base con respecto al menos al soplete de soldadura; o b) un brazo actuador que mueve el soplete de soldadura; o

c) tanto a) como b).

15. El sistema de la reivindicación 13 o 14, que comprende además un segundo soplete de soldadura para precalentar el material base en un área donde se va a depositar el material metálico.

16. El sistema de la reivindicación 15, que comprende además un brazo actuador que mueve el segundo soplete de soldadura.