Grazie alle attività del progetto MAGIC, uno dei sette progetti dell’Insieme di Progetti “LAerospaZIO” finanziati dalla Regione Lazio, è da oggi disponibile in ENEA una importante apparecchiatura per lavorazioni tecnologiche, il Robot Antropomorfo denominato “J3D”.

Lo scopo di MAGIC è stato lo sviluppo di tecnologie abilitanti volte alla industrializzazione di processi di manifattura additiva di leghe metalliche e delle complementari tecnologie di giunzione per la realizzazione di componenti per il settore aerospaziale, inclusi protocolli di certificazione e qualificazione basati su analisi non distruttive. In MAGIC ENEA ha svolto un ruolo di coordinamento oltre che di ricerca inerente lo sviluppo dei processi di saldatura laser e dei sistemi di controlli non distruttivi.

JoinThreeD è un Robot Antropomorfo, in grado di ottimizzare i trattamenti termici e superficiali e gli attuali processi di saldatura laser, su superfici di forma praticamente arbitraria: si tratta di una nuova facility installata nel Laboratorio Materiali e Processi Chimico-Fisici del Centro Ricerche Casaccia, a disposizione di ricercatori ed aziende operanti nel settore dell’aerospazio e realizzata dai ricercatori ENEA. In altri termini, JoinThreeD è una stazione robotizzata per saldature (“Joints”), via Laser, in 3D. Essa consente di assemblare in modo efficiente e flessibile subcomponenti metallici, anche quelli realizzati con tecnologie additive su dimensioni rilevanti, per il settore dell’aerospazio, dei trasporti, dell’energia.

J3D risulta implementato con due sistemi abilitanti distinti: il “Sistema di inseguimento giunto” e il “Sistema di visione per saldatura laser”.

Sistema di inseguimento giunto

L'inseguitore di giunto, realizzato a partire da un sistema di visione e ricostruzione ambientale già ampiamente sperimentato con la “Tecnologia di Olocontrollo Emulativo” sviluppata in ENEA , ha lo scopo di rilevare la posizione del giunto dopo il posizionamento dei componenti da saldare sul posizionatore, prima della saldatura.

Lo strumento è costituito da una lama di luce laser, una telecamera, le relative ottiche e uno specchio riflettente.

Attraverso l'utilizzo della lama di luce laser, che scansiona le superfici dei pezzi, e di una telecamera con opportuna ottica, il sistema di visione ricostruisce all'interno di uno spazio virtuale (“spazio emulativo parametrizzato”), l'ambiente sotto osservazione. L'inseguitore genera il percorso 3D della linea di saldatura da applicare al giunto da saldare. E’ possibile utilizzare lo stesso strumento anche per un controllo visivo dell'avvenuta saldatura.

A titolo riepilogativo si richiamano le caratteristiche tecniche dell'inseguitore realizzato:

• Peso max: < 2Kg
• Output: ricostruzione grafica
• Risoluzione: 0,025 mm
• Velocita max: 1/25 sec

Sistema di visione per saldatura laser

Il sistema, realizzato ad hoc per la stazione di lavorazione dimostrativa, è stato acquisito da IPG Photonics Italia e si compone di:

• illuminatore led verde
• telecamera digitale con filtro passa banda
• quadro di controllo e comunicazione

Il dispositivo opera sincronizzando l'illuminazione e l'acquisizione delle successive immagini, che sono inviate via rete al pc ospite, dove possono essere visualizzate in diretta o memorizzate come singoli fotogrammi o filmati.

La funzionalità essenziale del sistema è quella di consentire l'osservazione della zona di processo, durante la saldatura con laser di alta potenza, eliminando la maggior parte dell'abbagliamento dovuto all'emissione luminosa del substrato, del plasma e del materiale proiettato all’esterno durante la saldatura.

La frequenza di acquisizione è scelta dall'operatore realizzando l'opportuno compromesso tra risoluzione spaziale e temporale.

Il dispositivo consente diversi livelli di controllo, dalla semplice verifica visiva in corso d'opera a modalità più complesse: ad esempio interfacciando il flusso di immagini con applicativi di analisi in tempo reale si possono estrarre caratteristiche salienti del processo come dimensione e forma della zona fusa, posizione del keyhole, difetti vari (porosità affioranti, cricche, errato allineamento ecc.).

Lo stesso sistema ottico, con una diversa regolazione dell'intensità di illuminazione, è utilizzato anche per la programmazione delle traiettorie di lavoro del manipolatore di saldatura (apprendimento).

Il guscio, il supporto e l'alloggiamento del vetrino di protezione del led sono stati realizzati dai tecnici dell’ENEA con stampante 3D a filamento, in nylon fibrorinforzato.

J3D ospita attualmente sulla base di una sorgente laser IPG YLS 4000 di potenza 4200W con testa di focalizzazione wobling, in grado di operare fino a 1000 Hz, e può eseguire saldature 3D sui seguenti materiali: leghe di alluminio, acciai di diverso tipo, leghe di titanio, leghe di magnesio, superleghe di nichel ed in generale, con opportuni accorgimenti, tutti i materiali metallici, compresi metalli speciali quali il molibdeno ed il vanadio.