EMO 2017

Trumpf: Mehr Tempo beim Laserauftragsschweissen

| Redakteur: Konrad Mücke

Dünne Schichten bei hohem Tempo auftragen: das ELHA-Verfahren zum Laser­auftragsschweissen.
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Dünne Schichten bei hohem Tempo auftragen: das ELHA-Verfahren zum Laser­auftragsschweissen. (Bild: Trumpf AG)

Mit dem ELHA-Verfahren beschleunigt Trumpf das Laserauftragsschweissen. Mehr als 250 cm²/min Beschichtung sind möglich.

Das EHLA-Verfahren (Extremes Hochgeschwindigkeitslaserauftragsschweissen) ist bereit für die Serienproduktion. Es beschleunigt das bewährte Laserauftragsschweissen erheblich. «Für EHLA können wir auf eine ähnliche Technik zurückgreifen, die wir bereits für das bisherige Laserauftragsschweissen einsetzen», erklärt Antonio Candel-Ruiz, Experte für Laseroberflächenverfahren bei Trumpf in Ditzingen. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) hat das EHLA-Verfahren entwickelt und patentieren lassen, um in erster Linie bei rotationssymmetrischen Bauteilen sehr schnelle Beschichtungsprozesse bei kleinen Schichtdicken zu ermöglichen.

Für die Beschichtung von Metallen ist das Laser­auftragsschweissen seit vielen Jahren ein bewährtes Verfahren, das qualitativ hochwertige Ergebnisse liefert. Mit ihm lassen sich rissfreie Schichten, die nahezu porenfrei sein können, mit metallurgischer Anbindung zum Substrat aus einer Vielzahl von Werkstoffen herstellen. «Für grossflächige Beschichtungsaufgaben fehlte dem Laser bislang jedoch das Tempo», sagt Candel-Ruiz. Zudem lag die minimale Schichtdicke bisher bei rund 500 Mikrometern – dünnere Schichten waren nicht herstellbar.

Pulver direkt ins Laserlicht

Üblich erzeugt beim Laserauftragsschweissen ein Laser das Schmelzbad auf der Oberfläche eines Bauteils und schmilzt das zeitgleich und koaxial zugeführte Metallpulver entsprechend der gewünschten Form auf, das dann mit der Oberfläche verschmilzt. Nach und nach entsteht so eine schützende Schicht. Beim EHLA-Verfahren trifft der pulverförmige Zusatzwerkstoff bereits oberhalb des Schmelzbades auf das Laserlicht, das es noch auf dem Weg zum Bauteil bis nahe an den Schmelzpunkt erhitzt. Die Partikel schmelzen deshalb schneller im Schmelzbad. Somit lässt sich die Energieeinbringung viel effizienter nutzen. Das Ergebnis: Während übliches Laserauftragsschweissen nur 10 bis 40 cm²/min beschichten kann, schafft das EHLA-Verfahren Flächenraten von über 250 cm²/min. Zudem sind jetzt weit dünnere Schichten mit Schichtdicken von 10 bis 300 µm möglich. Vorteilhaft ist zudem, dass ein feinerer Laserfokus ausreicht. Deshalb ist der ELHA-Prozess wesentlich energieeffizienter.

Optik in Produktionsmaschinen integriert

Die vom Fraunhofer ILT entwickelte Bearbeitungsoptik lässt sich direkt in die bestehenden Systeme von Trumpf integrieren. «Für das Verfahren eignen sich unsere Dioden- und unsere Scheibenlaser – je nach gewünschtem Laserfokus», sagt Candel-Ruiz. Beim Diodenlaser ist ein Fokus von etwa 1 mm, beim Scheibenlaser sogar von nur etwa 0,2 mm möglich. Neben der Laserstrahlquelle ist zudem entscheidend, dass die Maschine über eine Rotationsachse verfügt, die bei hohen Geschwindigkeiten arbeitet.

Je nach Bauteilabmessungen bietet Trumpf unterschied­liche für das ELHA-Verfahren geeignete Lasermaschinen. Die TruLaser Cell 3000 eignet sich für kleinere und mittlere Bauteile, die Maschinen der TruLaser Cell Serie 7000 für grössere Bauteile. Neben diesen schlüsselfertigen Anlagen können Produzenten das EHLA-Verfahren aber auch in ihre bestehende Anlage integrieren. Das Technologie­paket DepositionLine lässt sich auch mit der vom ILT entwickelten Pulverzufuhrdüse ausstatten. SMM

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