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Oberflächentechnik Der Laser machts möglich – Beschichten, Reparieren und Generieren von Oberflächen

Autor / Redakteur: Ralf Jäckel / Dietmar Kuhn

Das Beschichten von Oberflächen, Reparieren von Bauteilen und Generieren ist ein anspruchsvolles Anwendungsgebiet der modernen Lasertechnik. Unterschiedliche metallische, aber auch keramische Materialien stehen in Form von Pulver und Draht als Zusatzwerkstoffe für diese Verfahren zur Verfügung. Das Fraunhofer-IWS präsentierte dazu die neueste Laserbearbeitungsoptik.

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Mit dem Laser-Draht-Auftragsschweißen lassen sich metallische Oberflächen beschichten und reparieren.
Mit dem Laser-Draht-Auftragsschweißen lassen sich metallische Oberflächen beschichten und reparieren.
(Bild: Fraunhofer-IWS)

Die neue Laser-Draht-Koaxialbearbeitungsoptik COAXwire aus dem Fraunhofer-IWS Dresden bietet eine vorteilhafte Lösung für alle Anwendungen, bei denen ein präziser zwei- und dreidimensionaler Metallauftrag erfolgen soll. Bei dieser Optik wird der kollimierte Strahl eines bis zu 4 kW starken Faser- oder Scheibenlasers zunächst symmetrisch in drei Teilstrahlen aufgeteilt und anschliessend auf einen kreisförmigen Brennfleck fokussiert.

Zufuhr des Schweissdrahtes exakt in der Laserstrahlachse

Die Anordnung der optischen Elemente ermöglicht dabei die Zufuhr des Schweissdrahtes exakt in der Laserstrahlachse. Resultierend sticht der Draht im Zentrum des laserinduzierten Schmelzbades ein. Dadurch wird eine völlige Richtungsunabhängigkeit erreicht, und zwar in allen technisch sinnvollen Schweisspositionen.

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„Die Vorteile, die in der Verwendung von Draht als Zusatzwerkstoff liegen, überzeugen unsere Industriepartner recht schnell“, führt Prof. Dr.-Ing. Steffen Nowotny vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden aus. „Unabhängig von der Bauteilgeometrie wird der Zusatzwerkstoff Draht im Schweissprozess stets zu 100 % ausgenutzt, denn die Materialzufuhr ist schwerkraftunabhängig. Somit ist der Schweissprozess im Vergleich zum Schweissen mit Pulver sehr sauber, bediener- und umweltfreundlich“, sagt er weiter.

Titan oder Aluminium lassen sich mit dem Laser leichter bearbeiten

Darüber hinaus ist bei den Drähten die Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Reaktionen mit der umgebenden Atmosphäre aufgrund der kleineren spezifischen Oberfläche geringer. Daraus resultieren vorteilhafte Verarbeitungsmöglichkeiten gerade für reaktionskritische Materialien wie Titan oder Aluminium. Fülldrähte erweitern zudem das verfügbare Legierungsspektrum im Bereich hochlegierter und hartstoffhaltiger Materialien.

Die Laser-Draht-Koaxialbearbeitungsoptik COAXwire ist für die Verwendung von handelsüblichen Massiv- und Fülldrähten ausgelegt und kompatibel zu Standarddrahtförderern aus dem Bereich der Schweisstechnik. Sie beinhaltet eine Kollisions- und Sicherheitsabschaltung zum Schutz vor eventuellen Beschädigungen bei Fehlfunktionen oder Prozessunregelmässigkeiten. Die kompakte Bauweise ermöglicht eine einfache Integration in CNC-Maschinen und Robotersysteme.

Die bislang erprobten Anwendungsgebiete erstrecken sich von der Reparatur von Triebwerks- und Turbinenkomponenten über das Beschichten funktionaler Oberflächen an Formen und Werkzeugen bis hin zur direkten generativen Fertigung metallischer Bauteile.

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