Abstracto
La tecnología de deposición de revestimiento láser, como rama importante de la fabricación aditiva, ofrece ventajas como la capacidad de fabricar estructuras macroscópicas y organizaciones microscópicas simultáneamente, crear piezas con características complejas, procesar materiales metálicos refractarios y formar materiales gradientes. Sin embargo, se enfrenta a retos como los elevados costes de producción, la baja eficiencia de fabricación, la menor precisión y la necesidad de soporte cuando se crean estructuras en voladizo. Para hacer frente a estos retos, ha surgido la tecnología de fabricación híbrida de deposición de revestimiento por láser combinada con mecanizado. Este artículo revisa el desarrollo de esta tecnología tanto a nivel nacional como internacional, destacando que la investigación extranjera en tecnología de equipos y procesos está más avanzada, mientras que la investigación nacional sigue siendo relativamente limitada. Este artículo se centra en el primer equipo nacional de fabricación híbrida aditivo-sustractivo de cinco ejes desarrollado por la Universidad Jiaotong de Xi'an. Este equipo integra las funciones de fabricación, procesamiento y reparación de piezas metálicas, proporcionando una plataforma para la investigación de tecnologías clave en los procesos híbridos de deposición de revestimiento láser y mecanizado. Las tecnologías clave incluyen la extracción de las características tridimensionales de piezas complejas, la división de subestructuras mediante operaciones booleanas para generar trayectorias aditivas, la organización racional de los procesos aditivos y sustractivos en función de las subestructuras, y la utilización de la unión de cinco ejes para cambiar sin problemas entre los procesos de conformado aditivo y sustractivo. El artículo describe además las dificultades y retos a los que se enfrenta esta tecnología, como la necesidad de desarrollar equipos híbridos de cinco ejes y doble estación, software de estratificación de reconocimiento de características, software de planificación de trayectorias y simulación de procesos, optimización de procesos de piezas típicas y establecimiento de normas. Por último, el artículo explora las perspectivas de aplicación futura de esta tecnología en industrias como la aeroespacial.

Introducción
La tecnología de deposición de revestimiento por láser, un componente fundamental de la fabricación aditiva, ha acaparado la atención por su versatilidad para crear piezas complejas, formar materiales gradientes y procesar metales difíciles de mecanizar. Sin embargo, también se enfrenta a importantes limitaciones relacionadas con los elevados costes de producción, la baja eficiencia y los retos en materia de precisión, especialmente para geometrías complejas. Estas limitaciones han impulsado el desarrollo de la tecnología de deposición de revestimiento láser combinada con mecanizado (fabricación híbrida), que trata de integrar las ventajas de ambas técnicas para superar estos retos.

Estado de desarrollo de la tecnología de fabricación híbrida de revestimiento por láser y mecanizado

Desarrollo internacional
A escala internacional, la tecnología de revestimiento láser ha sido objeto de una amplia labor de investigación y desarrollo, sobre todo en las áreas de optimización de equipos y procesos. Países como Estados Unidos y Alemania han liderado los avances en sistemas de fabricación híbridos que combinan el revestimiento láser y el mecanizado sustractivo, dando lugar a sistemas eficientes de alta precisión que pueden manejar geometrías de piezas complejas. Estos sistemas permiten la producción de piezas de forma casi neta con propiedades de material mejoradas, que son esenciales para aplicaciones en industrias de alto rendimiento como la aeroespacial y la de defensa.

Desarrollo nacional
En China, la investigación sobre la tecnología de deposición de revestimiento láser y su integración con el mecanizado se encuentra aún en una fase incipiente en comparación con los avances internacionales. Sin embargo, la Universidad Jiaotong de Xi'an ha logrado avances significativos al desarrollar el primer sistema nacional de fabricación híbrida aditiva-sustractiva de cinco ejes. Este equipo de vanguardia permite fabricar, procesar y reparar piezas metálicas utilizando tanto la deposición de revestimiento láser como los procesos de mecanizado tradicionales, lo que ofrece una solución versátil para la fabricación y reparación de piezas complejas.

Principales tecnologías e innovaciones

El sistema híbrido de la Universidad Jiaotong de Xi'an incorpora varios avances tecnológicos clave:

Extracción de características tridimensionales: Las piezas complejas se analizan y dividen en subestructuras mediante operaciones booleanas para generar trayectorias aditivas adecuadas.

Integración de procesos aditivos y sustractivos: Las trayectorias de mecanizado sustractivo se generan a partir del material restante de la deposición aditiva, lo que permite una integración perfecta de ambos procesos para lograr una precisión óptima.

Conexión de cinco ejes: Esta avanzada función permite al equipo alternar libremente entre la deposición aditiva y el mecanizado sustractivo, lo que ofrece una mayor flexibilidad en las operaciones de fabricación y reparación.

Retos y dificultades
A pesar de los prometedores avances de la fabricación híbrida, siguen existiendo varios retos:

Desarrollo de un equipo híbrido de cinco ejes y doble estación para mejorar la eficacia de la producción.

Creación de software de reconocimiento de características y estratificación de piezas complejas para automatizar la planificación de procesos.

Software de planificación de rutas y simulación de procesos para optimizar los pasos de fabricación y reducir la posibilidad de errores.

Estandarización del proceso de fabricación de híbridos para garantizar una calidad y unas prestaciones constantes en la producción en serie.

Perspectivas de futuro y aplicación en la fabricación de alta gama

De cara al futuro, la tecnología de fabricación híbrida de deposición y mecanizado de revestimientos por láser encierra un gran potencial, sobre todo en sectores de fabricación de gama alta como el aeroespacial y el de defensa. Los avances clave deberían centrarse en:

Mejorar la precisión y la eficacia: Una mayor optimización de las estrategias de control sinérgico entre el revestimiento láser y los procesos de mecanizado será crucial para mejorar la precisión y la eficiencia globales de los sistemas de fabricación híbridos.

Desarrollo de software: El desarrollo de software especializado para el reconocimiento de características, la planificación de trayectorias y la simulación de procesos ayudará a racionalizar el proceso de fabricación y permitirá una mayor automatización.

Aplicaciones específicas del sector: Probar y normalizar los procesos de fabricación de piezas típicas en sectores como el aeroespacial acelerará la adopción de esta tecnología. El establecimiento de normas industriales fomentará aún más el uso generalizado de la tecnología de fabricación híbrida de deposición de revestimiento láser y mecanizado.

Conclusión
La tecnología híbrida de deposición de revestimiento láser combinada con mecanizado representa un importante paso adelante en el campo de la fabricación aditiva. Al integrar el revestimiento láser con procesos sustractivos, esta tecnología híbrida puede superar muchos de los retos a los que se enfrentan las técnicas tradicionales de fabricación aditiva, como la precisión, la eficiencia de los materiales y la rentabilidad. Con la investigación y el desarrollo continuados, sobre todo en la creación de nuevas herramientas de software y equipos, el futuro de esta tecnología parece prometedor, especialmente para aplicaciones en sectores de alto rendimiento como el aeroespacial y de defensa.