Hypotheses

posicionamiento: Determinación del retraso de polvo 43

Figura 3.5: Gráfica de la tasa de cambio de composición con respecto a la velocidad de cambio es un valor instantáneo y puede presentar valores por encima del 100 %. En la figura 3.5, donde se comparan las tasa de cambio para masa constante con la tasa de cambio simplemente incrementando el flujo, resulta evidente el efecto del cuadrado de la velocidad a la hora de determinar la tasa de cambio de composición. Finalmente decir que para volumen constante el desarrollo es análogo solo que se debe sustituir el flujo másico por volumen aportado.

3.3.

Sincronización del controlador de polvo con el

sistema de posicionamiento: Determinación del

retraso de polvo

Pueden emplearse distintos métodos para determinar los retrasos que permiten sincronizar los controladores del posicionador y del flujo de polvo. En la litera- tura [36] [29] [28]se utiliza principalmente la realización de mapas químicos sobre muestras obtenidas mediante el uso de ensayos destructivos en el material. Con ello se intenta determinar el grado de cambio de composición y la posición del gradiente con respecto a la posición de inicio del cordón y la posición de inicio del cordón se relaciona a su vez con las órdenes del controlador, lo que asumiendo que el posicio- nador se desplaza a velocidad constante determina el retraso a aplicar entre ambos controladores. En esta tesis se proponen otros dos sistemas:

3.3. Sincronización del controlador de polvo con el sistema de

posicionamiento: Determinación del retraso de polvo 44

3.3.1.

Monitorización de la emisión óptica del baño fundido

Cuando los materiales son calentados aparece una emisión de radiación electro- magnética con espectro similar al del cuerpo negro. El baño fundido generado por un proceso de deposición láser alcanza normalmente altas temperaturas y emite una intensidad de luz proporcional con el tamaño del baño fundido y la temperatura. Esta señal puede detectarse con cualquier sensor óptico, como por ejemplo un fo- todiodo. El cambio de composición en el baño fundido producido por la generación de un gradiente, afecta a las propiedades ópticas del material pues están determi- nadas principalmente por la composición, con lo que existe la posibilidad de que se modifique la absortividad que el material presenta a la luz láser utilizada en el proceso. Como consecuencia pese, a que todas los parámetros de deposición per- manecen constantes la cantidad de energía en el baño fundido se verá afectada. Si este cambio de energía es lo suficientemente grande se puede observar en un sensor óptico de manera que se puede determinar en que momento aparece el cambio de composición en el material y utilizar la información para sincronizar el controlador del alimentador y el posicionador de la instalación.

3.3.2.

Medición del tiempo de retraso del polvo mediante sis-

temas de análisis de imagen

En este segundo sistema la sincronización se realiza sin necesidad de que interven- ga la realización del proceso de deposición en ninguna de sus formas. La metodología consiste en monitorizar la respuesta de los actuadores del alimentador de polvo, al mismo tiempo que se graba el vídeo del flujo de polvo mediante una cámara situada frente a la boquilla del sistema láser, de manera que se pueda situar en el tiempo cada fotograma adquirido con respecto a la señal del actuador. La boquilla se ilu- mina con algún tipo de fuente de luz y se hace funcionar el alimentador. Cuando el haz de polvo se forma en la boquilla este se observa en la cámara y el área total iluminada se puede computar como una señal. Esta por si misma no tiene ningún valor cuantitativo pero su variación en el tiempo con respecto a la señal del contro- lador sí lo tiene. Para obtener el retraso del polvo, al actuador se le ordena realizar

3.3. Sincronización del controlador de polvo con el sistema de

posicionamiento: Determinación del retraso de polvo 45

un pulso. Este pulso es recogido en un ordenador cuando produce un efecto en la respuesta del actuador y, un tiempo más tarde, genera una respuesta en la cantidad de polvo que pasa por la boquilla lo que es observado en la cámara como un pulso en el área aparente del haz de polvo. El retraso entre los pulsos puede ser determinado comparando las dos señales. El uso de sistemas ópticos para determinar el retraso en el modelo dinámico de un alimentador observando la correlación con la señal del actuador no es innovador. [37] Se utiliza un fotodiodo calibrado par obtener el re- traso del alimentador con una configuración no muy distinta a la utilizada aquí. No obstante este sistema tiene la particularidad de permitir su instalación permanen- te además de mayor rango dinámico y mejor señal ruido, y con cámaras modernas posiblemente mucha más frecuencia de muestreo.

Ambos sistemas proporcionan información precisa e inmediata sobre el retraso total del gradiente sin necesidad de utilizar ensayos destructivos. La información es obtenida con respecto a las órdenes proporcionadas por el posicionador y la respuesta del alimentador de polvo.

3.3.3.

Ajuste del controlador de polvo: Respuesta dinámica

del flujo másico

En la metodología propuestas se asume que se establece, para cambiar el flujo másico de cada uno de los materiales en polvo aplicados a la mezcla, una tasa constante de variación de flujo másico. Para esta se determina la incidencia en el cambio de composición producido en el material depositado dependiendo de los parámetros de velocidad del posicionador y tasa de aporte. Sin embargo es de esperar o se puede sospechar que los alimentadores de polvo no respondan correctamente cuando no están trabajando en estado estacionario. Para investigar estos efectos se realiza un detallado estudio para poder medir con precisión la respuesta dinámica del flujo del polvo que llega al baño fundido que se puede encontrar en el capítulo 6 de esta tesis.