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Neue Methode

Laser verlängert Einsatzdauer von Druckguss-Werkzeugen

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Dem LMD-Verfahren näher auf den Laserfinger geschaut

LMD gehört dabei zu den additiven Fertigungsverfahren, das zwischenzeitlich etwa bei der Instandsetzung von Turbomaschinenkomponenten oder bei der Beschichtung von Walzen und Zylindern in der Industrie weit verbreitet ist, wie die ILT-Forscher anmerken. Das Prinzip sei recht einfach, die Möglichkeiten aber bemerkenswert. Ein Laserstrahl erzeugt dazu einen Schmelzebereich mit exakt einstellbarer Größe auf der Oberfläche des Werkstücks. Gleichzeitig wird passendes Metallpulver in dieses Schmelzbad eingebracht. Durch präzise Steuerung der Verfahrwege wird dann Schicht für Schicht lokal das Material aufgetragen, wodurch sich nicht nur verschlissene Bereiche wieder aufbauen, sondern auch neue, funktionale Geometrien erzeugt werden können, wie es weiter heißt. Die Besonderheit liege in der hohen Prozesskontrolle. Denn die Laserparameter, die Pulverzufuhr und die Vorschubgeschwindigkeit müssten dazu exakt aufeinander abgestimmt werden, sodass der Wärmeeintrag und damit die thermische Belastung minimal blieben.

Mit dem EHLA-Prozess läuft alles turbomäßig ab

Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist laut Aussager der Aachener nun das mehrfach prämierte „Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen“ (abgekürzt EHLA), das Dr. Schopphoven vor einigen Jahren am ILT entwickelt hat. Er eklärt: „Während klassisches LMD vor allem für dickere Schichten im Millimeterbereich eingesetzt wird, erlaubt EHLA die Erzeugung sehr dünner, verschleißfester Beschichtungen mit Schichtdicken ab etwa 30 Mikrometern.“ Dies geschehe mit einem Tempo, das der Prozessbezeichnung alle Ehre mache: Mehrere Hundert Meter pro Minute seien demnach möglich. Die Technik ist inzwischen in zahlreichen Industrien etabliert, heißt es. Und Hunderte von EHLA-Systemen sind weltweit bereits im industriellen Einsatz, wie man betont. Der entscheidende Vorteil liege in der Präzision und Effizienz, denn EHLA ermögliche es, selbst schwer schweißbare Werkstoffkombinationen (hochlegierte Werkzeugstähle oder Hartmetalle) prozesssicher zu verarbeiten. Und das bei gleichzeitig vergleichsweise geringem Energiebedarf.

Das ist eine Übersicht über die wichtigsten Vorteile der laserbasierten Materialauftragprozesse LMD und EHLA, die auch für die Gießereiindustrie attraktive Pluspunkte bereithält, wie etwa erhöhte Standzeiten von Druckgussformen.(Bild: Fraunhofer ILT)
Das ist eine Übersicht über die wichtigsten Vorteile der laserbasierten Materialauftragprozesse LMD und EHLA, die auch für die Gießereiindustrie attraktive Pluspunkte bereithält, wie etwa erhöhte Standzeiten von Druckgussformen.
(Bild: Fraunhofer ILT)

Und mit EHLA3D kann man sogar additiv fertigen

Mit der Variante EHLA3D erreiche das Verfahren eine noch höhere Stufe. Durch die Integration auf 5-Achs-CNC-Anlagen lässt sich das Ganze nämlich nicht nur für Beschichtungen und kleinere Reparaturen, sondern auch für die reine additive Fertigung nutzen, wie die Forscher weiter ausführen. Komplexe Freiformgeometrien könnten so gleich endkonturnah auf Halbzeugen aufgebaut werden. Damit vereine die EHLA3D-Technologie die Möglichkeiten aus den Bereichen Fertigung, Beschichtung und Reparatur in einem einzigen Prozess, der damit sowohl für die Produktion neuer Werkzeuge als auch für deren Reparatur eingesetzt werden könne. Besonders interessant für den Werkzeugbau ist laut Aussage der ILT-Experten auch die Möglichkeit, Funktionszonen gezielt zu verstärken, ohne das gesamte Werkzeug neu herstellen zu müssen. Der geringe Wärmeeintrag erlaube dabei die Bearbeitung empfindlicher Geometrien ohne Verzug, während die hohe Auftragsrate auch die wirtschaftliche Fertigung großer Flächen erlaube.

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