Deposizione diretta dei metalli su alberi per applicazioni navali

Le enormi navi container che oggi solcano i mari del mondo montano propulsori enormi. Le potenze di tali unità diesel aventi fino a 14 cilindri possono arrivare a 110.000 CV. L’albero che aziona l’elica ha un diametro di circa 600 mm, pesa fino a 300 tonnellate, e ruota a 84 rpm. L’albero è alloggiato in cuscinetti idrodinamici che sono naturalmente soggetti a forte usura. Questo perché l’albero è a “diretto” contatto con la superficie del cuscinetto su cui scorre. Un film di lubrificante riduce l’attrito, ma il meato non si sviluppa completamente fino a che la pressione dell’olio non aumenta. Specialmente quando l’albero viene innestato o disinnesto, il film protettivo di olio non è ancora o non più sufficiente ad evitare il contatto diretto tra le superfici. Le superfici del cuscinetto sono dunque sottoposte a un notevole attrito ed usura, il che riduce in modo significativo la loro durata. Una tecnica comunemente utilizzata per aumentare le prestazioni di questi cuscinetti è quella ricoprire le superfici attive (striscianti) delle due metà del cuscinetto con speciali leghe a basso attrito ed elevata resistenza ad usura. Il processo convenzionalmente utilizzato per questo approccio è estremamente laborioso: i metalli vengono fusi e lavorati a 700 °C. In una fase successiva circa il 90% del materiale deposto viene rimosso per ottenere la forma finale desiderata.

Nell’ultimo secolo i passi avanti in questo settore sono stati davvero esigui. Oggi, la tecnologia laser di ultima generazione può essere utilizzata assieme ad un ugello che polverizza il materiale da deporre per la deposizione di uno strato metallico permettendo di ottenere notevoli vantaggi: la lega metallica viene spruzzata sotto forma di polvere secca attraverso l’ugello montato coassialmente al laser che la fonde facendola aderire alla superficie interna concava delle due metà dei cuscinetti. Il laser consente un accurato fissaggio dello strato deposto alla struttura sottostante.

Tale soluzione permette dunque di applicare il materiale ad elevata resistenza (ed elevati costi) solo alla superficie attiva (circa il 20% di quella totale) anziché dover ricoprire l’intera parte come avviene nei processi tradizionali. L’utilizzo di un laser consente di risparmiare anche in termini di tempi ciclo ed energia, poiché la quantità di metallo da fondere risulta notevolmente minore. Queste tecnologie di manifattura additiva sono particolarmente adatte per i cuscinetti di grande diametro, che operano continuativamente e sono sottoposti a grandi forze ed alte velocità di rotazione. Tale approccio si adatta bene anche per il ripristino di cuscinetto difettosi premettendo un intervento mirato alla zona difettosa o danneggiata. La possibilità di cambiare rapidamente il tipo di materiale da deporre ed applicare rivestimenti di quasi ogni tipo di metallo apre prospettive incredibili per lo sviluppo di nuovi prodotti. AM offre una intera gamma di nuovi processi di produzione in grado di soddisfare in modo flessibile le richieste del cliente con tempistiche minime. Un esempio applicativo Recentemente, l’azienda Admos Gleitlager con sede a Berlino ha iniziato a usare un sistema laser prodotto da O.R. Lasertechnologie.

Oltre ad avere più di 100 anni di esperienza nella produzione di cuscinetti radenti idrodinamici in materiale composito, O.R. Lasertechnologie è costantemente impegnata nel migliorare i propri prodotti e sviluppare le proprie tecnologie. Admos sta testando un nuovo approccio per la realizzazione di cuscinetti radenti sulla base di un sistema robotizzato composto da un laser da 6 kW e due ugelli per la polverizzazione. Qualcosa che sembrava essere impossibile con il processo di fusione convenzionale sta ora diventando realtà ovvero l’utilizzo di materiali a base di rame, come CuSn e CuPb.

Uno dei molteplici vantaggi del nuovo approccio è che risulta possibile legare meglio tra loro materiali diversi. Nel complesso, il nuovo metodo consente di eliminare completamente diversi passaggi andando a minimizzare le operazioni di finitura necessarie a valle del ricoprimento. Dai primi test del sistema di deposizione laser è subito apparso chiaramente che come il costo complessivo del materiale impiegato per il ricoprimento risultasse ridotto tra il 50% e il 80%, grazie ad un uso efficiente delle risorse. I costi energetici si sono dimostrati anch’essi ridotti tra il 50% al 70% rispetto ai processi convenzionali.

Jörg Hosemann, l’amministratore delegato di Admos Gleitlager, è entusiasta e afferma: «Il nuovo sistema laser apre un intero nuovo mondo di possibilità per noi: produzione più snella e consegna in tempi brevi oltre un grande potenziale di ulteriore miglioramento. Mi aspetto che l’investimento in nuove apparecchiature laser si paghi in tempo zero».

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