DP Technology: CAM zum Laser-Auftragsschweissen CAD/CAM für hybride Fertigung

Redakteur: Konrad Mücke

Künftig wird das CAM-System Esprit über die subtraktiven NC-Bearbeitungen hinaus für additive Prozesse wie Laser-Auftragsschweissen einsetzbar sein. Die integrierte NC-Programmierung verkürzt die Abläufe speziell auf Multifunktionsmaschinen wie der k i-400 AM von Mazak.

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Validierte Prozesse: Für einige Multifunktionsmaschinen, zum Beispiel das Bearbeitungszentrum k i-400 AM von Mazak, stehen bereits zuverlässige CAM-Zyk­len und Programmier­strategien zur Verfügung.
Validierte Prozesse: Für einige Multifunktionsmaschinen, zum Beispiel das Bearbeitungszentrum k i-400 AM von Mazak, stehen bereits zuverlässige CAM-Zyk­len und Programmier­strategien zur Verfügung.
(Bild: DP Technology)

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die additive Fertigung – allgemein bekannt als 3D-Druck – zu einem weit verbreiteten Verfahren entwickelt. Als eines der wichtigsten additiven Fertigungsverfahren gilt Direct Energy Deposition (DED). Hierzulande ist das Verfahren als Laser­auftragsschweissen bekannt. Eine fokussierte Energie­quelle, ein Laser- oder Elektronenstrahl, schmilzt den aufzutragenden Werkstoff. Vorteil des Verfahrens ist, dass man die Formen und Strukturen der erzeugten Bauteile exakt kontrollieren kann. Somit eignet sich DED (Laserauftragsschweissen) speziell dazu, funktionale Bauteile aus Metallen instand zu setzen.

Grosse Einzelstücke instand setzen

Häufig nutzt man DED dazu, besonders grosse und kostenintensive Bauteile, die meist nur als Einzelstücke vorhanden sind, instand zu setzen. Das betrifft beispielsweise Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, der Energieerzeugung und dem Schiffbau. So verschleissen unter anderem Turbinenschaufeln, Bohrköpfe und Antriebspropeller über ihre Lebensdauer. Kann man sie nacharbeiten und ihre ursprünglichen Geometrien und Formen wieder herstellen, vermindert das den Verbrauch an Ressourcen, verringert Kosten und verkürzt die Zeiträume zur Beschaffung. Dafür eignet sich speziell das Verfahren Laserauftragsschweissen. Besonders vorteilhaft ist die Integration auf Maschinen zum üblichen subtraktiven Bearbeiten. In einem Ablauf können so an verschlissenen Bereichen der Bauteile Metalle aufgetragen und spanend, zum Beispiel durch Fräsen und Bohren, wieder auf ihre zeichnungsgerechte Geometrie bearbeitet werden.

Hybrid fertigen

DED beziehungsweise Laserauftragsschweissen ist eine der wenigen 3D-Drucktechnologien für Metall, die sich in CNC-Maschinen integrieren lassen. Somit ist das Verfahren für hybride Fertigungslösungen geeignet. Dazu werden mehrachsige Bearbeitungszentren zusätzlich mit Laserköpfen und den benötigten Drahtzuführungen ausgestattet. Alternativ sind auch Pulverdüsen möglich. So können auf üblichen CNC-Maschinen hochkomplexe Metallteile schneller und flexibler hergestellt werden.

Integrierte CAM-Programmierung

Allerdings sind innovative CAM-Technologien erforderlich. Nur mit ihnen kann man den Vorteil der integrierten additiven und subtraktiven Fertigung auch sinnvoll nutzen. Sie müssen geeignet sein, in einem schnellen und durchgängigen Ablauf additive und subtraktive Bearbeitungsschritte programmieren zu können. Um solche CAM-Software zu verwirklichen, arbeitet der CAM-Softwareentwickler DP Technology eng mit einigen der weltweit führenden Maschinenhersteller zusammen. Beabsichtigt ist, deren jeweils aktuelle Additive-Zyklen zu validieren und in die CAM-Software einzubinden.

Erste kommerzielle Versionen

Die Teams von DP Technology präsentieren nun die erste kommerzielle Version ihrer CAM-Software Esprit für integrierte Bearbeitung. Sie enthält Zyklen zur additiven Direct Energy Deposition (DED) beziehungsweise zum Laserauftragsschweissen. Diese lassen sich ebenso einfach und intuitiv wie die gewohnten und bekannten subtraktiven Zyklen programmieren. Unterstützt werden 3-, 4- und 5-Achs-Bearbeitungen. Kombiniert mit den subtraktiven Prozessen und eingebettet in eine einzige Software bietet diese CAM-Technologie ein vollständiges Spektrum an Unterstützung für die Hybridfertigung. So steht mit diesen Additivzyklen Anwendern eine Lösung für die gesamte additive und subtraktive Bearbeitung zur Verfügung, von der CAD-Datei bis zum fertig bearbeiteten Bauteil. Das verkürzt deutlich die Durchlaufzeiten in der Instandsetzung und sorgt für höhere Flexibilität bei Fertigungsunternehmen.

Eine Vielzahl an Postprozessoren sind in Zusammenarbeit mit weltweit tätigen Maschinenherstellern und Bildungseinrichtungen bereits validiert. Dazu erläutert Frederic Vignat, Leiter der Abteilung für Additive DED an der Universität Grenoble in Frankreich: «Seit mehr als einem Jahrzehnt arbeiten wir auf dem Gebiet der additiven Fertigung, einschliesslich der Forschung zu DED-Werkzeugwegbahnen und der thermischen AM-Simulation. Die additive DED-Lösung von Esprit ist das Ergebnis der engen Zusammenarbeit zwischen DP Technology und der Universität Grenoble, die weltweit als führende Forschungseinrichtung auf dem Gebiet der additiven DED-Technologie gilt.» SMM

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