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In laboratorio, sono stati segnalati generatori di saldatura laser fino a 100 kW, che possono saldare più di 50 mm di acciaio in un unico passaggio. In questa foto vediamo una saldatura laser a fibra ad alta velocità di acciai ad altissima resistenza per applicazioni automobilistiche.

La maggior parte degli esperti considererebbe la saldatura una tecnologia matura. Tuttavia, negli ultimi due decenni, sono stati compiuti notevoli progressi nello sviluppo di nuove tecnologie per unire nuovi materiali ad alta resistenza, integrare l’automazione intelligente e applicare vari processi di saldatura alla produzione additiva (AM) di componenti. L’analisi delle tendenze nei settori della ricerca e dell’industria fornisce alcune prospettive su dove potrebbero esserci crescenti lacune di conoscenza per l’innovazione e potenziali lacune di competenze per futuri saldatori e ingegneri.

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Nel 2012 l'International Institute of Welding (IIW) ha condotto un sondaggio tra oltre 60 esperti in tutto il mondo per identificare le innovazioni che stavano avendo il maggiore impatto nel campo della saldatura [1]. Ha affrontato le sfide attuali legate ai nuovi materiali e alla loro saldabilità. Alcune delle nuove tecnologie indicate come aree di crescita erano la robotica, il fascio di elettroni, il laser, il laser ibrido, la saldatura ad attrito e la saldatura a impulsi magnetici. La letteratura pubblicata dal 2013 al 2018 suggerisce che questi continuano ad essere argomenti scottanti nella ricerca scientifica. Ad esempio, durante questo periodo, dei 10 articoli più citati che mostrano la "saldatura" come argomento [2-11] coinvolgono tutti processi laser, fascio di elettroni o agitazione per attrito; tuttavia, otto di questi articoli applicano questi processi alla stampa AM o 3D di componenti metallici. Ciò non è particolarmente sorprendente, poiché c’è stato un tasso sorprendente di investimenti sia nel settore pubblico che in quello privato diretti alla ricerca sull’AM per consentire la stampa di componenti e strutture metalliche di grandi dimensioni.

Sebbene i sistemi commerciali basati sul riscaldamento laser di un letto di polvere siano utilizzati in una vasta gamma di settori, l’AM wire-arc [12] sta solo iniziando a guadagnare accettazione nel settore manifatturiero. Una delle applicazioni più importanti del processo è il ponte pedonale fabbricato da MX3D [13] utilizzando la saldatura robotizzata ad arco di gas e metallo. Sebbene questo esempio sia un pezzo unico e straordinario, questa tecnologia viene riconosciuta come economicamente valida per altri componenti di grandi dimensioni come le eliche delle navi militari; infatti, è stata stampata in 3D un’elica di 1,35 m di diametro con una massa di 400 kg [14]. Si prevede che altre applicazioni arriveranno sul mercato, richiedendo lavoratori qualificati in grado di combinare le conoscenze sulla saldatura con l’automazione robotica e i controlli di feedback. Sistemi più avanzati utilizzano fonti di calore a fascio di elettroni per depositare il metallo con controllo della geometria a circuito chiuso [15], e alcuni di questi vengono ora installati presso i fornitori di servizi AM in Canada [16].

Recentemente la saldatura ad attrito è stata adattata per facilitare la deposizione di materiale per l'AM [17]; questo offre alcuni vantaggi unici in termini di velocità di costruzione e proprietà del materiale. La saldatura per attrito è stata adottata commercialmente nell'industria automobilistica da Honda e Mazda per applicazioni come la giunzione dissimile di alluminio e acciaio [18]. È probabile che l’applicazione della saldatura ad attrito si espanda nel settore automobilistico per la costruzione di veicoli elettrici [19], dove la saldatura del vassoio della batteria coinvolge solitamente diversi componenti in alluminio estruso e formato che devono essere sigillati ermeticamente durante la saldatura.

Uno dei materiali più esotici recentemente uniti dalla saldatura ad attrito è CoCrFeNiMn, una lega ad alta entropia che può raggiungere resistenze superiori a 600 MPa insieme a deformazioni alla frattura superiori al 60% [20]. Queste leghe ad elevata entropia hanno attirato molta attenzione negli ultimi anni grazie alla loro combinazione di proprietà e al potenziale di sostituire gli acciai di alta qualità e le leghe di titanio nelle applicazioni aerospaziali o nelle applicazioni energetiche in cui sono necessari materiali di rivestimento duri.

Ampliare la portata della saldatura laser