Chiron: Automatisiert generativ fertigen Instandsetzen mit Laser- Auftragsschweissen

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Beim Instandsetzen von Formen und Formeinsätzen profitieren Fertigungsbetriebe vom generativen Fertigen. Speziell das Auftragsschweissen mit einem Laser (Laser Metal Deposition, LMD) hat sich bewährt. Als wirtschaftlich und prozesssicher erweisen sich automatisierte Abläufe.

Auftragsschweissen mit Pulver oder vom Draht kann wesentlich dazu beitragen, Ressourcen zu schonen und weniger Energie zu verbrauchen. Deshalb haben Spezialisten der Schweisstechnik gemeinsam mit Experten aus der Werkzeugmaschinenbranche beim Hersteller Chiron Möglichkeiten und Chancen diskutiert, zuverlässige und vom Geschick der Fachkräfte unabhängige Prozesse zu verwirklichen.

Energieverbrauch minimieren

Anlässlich eines Workshops erörterten Experten aus unterschiedlichen Fachbereichen beim Maschinenhersteller Chiron in Tuttlingen die Vorteile einer regenerativen Fertigung zum Instandsetzen metallischer Bauteile, speziell im Werkzeug- und Formenbau. Ein sehr anschauliches Bild zur Motivation, die zukunftsweisenden Fertigungstechnologien zu nutzen, gab Cedric Bardenhagen, Key Account Manager bei der Siemens AG, in seinem Vortrag über die Programmierung additiver Fertigungsprozesse. Als Beispiel nannte er ein 230 kg schweres Zahnrad mit 500 mm Durchmesser. Um es herzustellen, bedarf es 2000 kWh in der gesamten Produktionskette. Die Stahlproduktion und das Schmieden erfordern davon etwa 90 Prozent, das spanende Bearbeiten und die Nachbehandlung die restlichen zehn Prozent. Ein aus recyceltem Stahl produziertes Zahnrad verbraucht im Vergleich nur etwa 39 Prozent der Herstellenergie. Wird ein so hergestelltes Zahnrad zudem in einem automatisierten Prozess mit Laser-Auftragsschweissen in Stand gesetzt, erfordert das nur 17 Prozent der gesamten Energiemenge, die zum Herstellen eines Zahnrades aus Roheisen benötigt wird. Das lohne sich vor allem bei grossen, schweren Bauteilen, beispielsweise Zahnrädern für Windenergieanlagen.

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Werkstoffe und Schweissprozesse sorgfältig abstimmen

Formen und Werkzeuge bestehen meist aus wärmebeständigen Chromstählen. Beispielsweise Umformwerkzeuge werden durch Wärme und Druck hoch beansprucht. Dies hat Dr. Michael Nolde, in der Geschäftsleitung der Capilla Schweissmaterialien GmbH, am Beispiel einer vollständig automatisierten Schmiedeanlage aufgezeigt. Damit Formen und Werkzeuge ausreichend lange gegen Verschleiss beständig sind, werden mit unterschiedlichen Schweissverfahren beanspruchungsgerechte Schutzschichten aus Eisen-, Kobalt oder Nickellegierungen aufgebracht. Beim Herstellen der Werkzeuge, aber auch beim Instandsetzen verschlissener Komponenten, sind einige Kriterien zu beachten. Werkstoffe und Verfahren sind sorgfältig aufeinander abzustimmen. Dann könne sogar ein instand gesetztes Werkzeug besser gegen Verschleiss geschützt sein als ein originär hergestelltes.

Bewährte Technologie

Spezielles Wissen um die Eigenschaften von Werkstoffen und Verfahren nutzten die Spezialisten bei Chiron, um die Maschine AM Cube zu entwickeln.

Wegen der meist sehr grossen Vielfalt an Werkstoffen erweist sich die Flexibilität der Anlage als vorteilhaft. Zum automatisierten LMD-Prozess an unterschiedlichen Bauteilen mit unterschiedlichen Zusatzwerkstoffen lassen sich bis zu drei Laser-Auftragsköpfe rasch wechseln. So kann die Anlage wahlweise Pulver oder vom Draht auftragsschweissen. Beispielsweise bei der Hammerwerk Fridingen GmbH hat sich eine LMD-Anlage bereits bewährt. Wie Dominik Hipp, Leiter Werkzeugbau in Fridingen, erläuterte, nutzt das Hammerwerk automatisiertes Auftragsschweissen bereits beim Instandsetzen von Schneidringen. «Das automatisierte Schweissen auf der Maschine AM Cube von Chiron erfüllt unsere Qualitätsforderungen und verlängert die Standzeit um den Faktor 2,5 bis 3», berichtete Dominik Hipp. Als entscheidend für die Wahl automatisierter Verfahren nannte er den Mangel an Fachkräften, speziell fürs Schweissen.

Beim Programmieren Prozessparameter berücksichtigen

Zum Programmieren der automatisierten LMD-Anlage nutzen die Spezialisten bei Chiron gewöhnlich die CAM-Software NX CAM von Siemens. Sämtliche Funktionen und Abläufe der Anlage lassen sich mit Hilfe eines digitalen Zwillings vorab simulieren. Ein NC-Programm für einen Schneidring zu erstellen und mit der Simulation zu verifizieren, dauert etwa 90 min, wie Quentin Leibinger, Application Engineer AM bei Chiron, berichtete. Beim Bearbeiten werden auf der Maschine alle relevanten Prozessdaten über zwei digitale Systeme erfasst. Mit der Software Via DataLine AM lassen sich alle relevanten Prozessdaten kontinuierlich darstellen, aufzeichnen und in einem kompakten Qualitätsreport dokumentieren. Die Produkt- und die Prozessqualität können so zuverlässig beurteilt werden. Zusätzlich visualisiert und speichert die Software VisioLine AM Videodateien, die über mehrere Kamerasysteme erfasst werden. Einmal eingegebene Parameter und Toleranzen dienen als Referenz. Weichen reale Prozessdaten davon ab, kann das Fachpersonal unverzüglich eingreifen. Dabei trägt das Sammeln und Speichern umfassender Prozessdaten dazu bei, das Verfahren des Laser-Auftragsschweissens zu optimieren. - kmu - SMM

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