Extreme high-speed laser metal deposition process: data acquisition for quality assurance by software solutions

Abstract

Esta tese concentra-se no desenvolvimento e aprimoramento de ferramentas de análise e monitoramento para o processo de Extreme High-Speed Laser Metal Deposition (Si- gla Alemã: Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen, EHLA). No âmbito das aplicações de Manufatura Aditiva (MA), e particularmente na Deposição de Metal a Laser (LMD), a busca pelo refinamento do processo abre caminho para a integração do processo EHLA (FRAUNHOFER, 2012). A tecnologia apresenta desafios na coleta eficiente e interpretação de dados devido à sua alta velocidade em comparação com o processo convencional (até 100 vezes mais rápido do que o LMD). Até o momento, exis- tem poucas ferramentas e uma limitada capacidade para monitorar o processo EHLA, correlacionar os dados adquiridos com os resultados do processo (particularidades, inconstâncias nas camadas, etc.) revela com mais detalhes a tecnologia, preparando-a para a indústria. Em resposta a esse desafio, propõe-se uma solução em software projetada para operar múltiplas câmeras de monitoramento por imagens, cada uma com uma alta taxa de quadros por segundo, correlacionando as fotografias à coorde- nadas da peça pelo Controle Numérico Computadorizado (CNC). Este trabalho tem por objetivo não só a busca por avanços no processo, mas também produzir insights significativos do processo EHLA, impulsionando a compreensão das complexidades e maximizando seu potencial para a indústria.

This thesis focuses on the developing and enhancement of monitoring tools for the Extreme High-Speed Laser Metal Deposition process (German acronym: Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen, EHLA). Within the realm of Additive Manufacturing (AM) applications, specifically in Laser Metal Deposition (LMD), the pursuit of process refinement paves the way for the integration of the EHLA process (FRAUNHOFER, 2012). The technology poses challenges in the efficient collection and interpretation of data due to its high speed compared to the conventional process (up to 100 times faster than LMD). So far, there are few tools and limited capability to monitor the EHLA process. Correlating acquired data with the process outcomes (specifics, inconsistencies in layers, etc) reveals the technology in more detail, preparing it for the industry. In response to this challenge, a software solution is proposed and designed to operate multiple area monitoring cameras, each with a high frame rate, correlating the images with part coordinates by the Computer Numerical Control (CNC) controller. The research aims not only to improve the process, but also to provide meaningful insights into the EHLA process, enhancing the understanding of the complexity and maximizing its potential for industry use.