Messe LASYS in Stuttgart: Showtime für industrielle Lasertechnik Laser bringt additive Fertigung voran

Die additive Fertigung erweist sich als Innovations­treiber. Dazu trägt wesentlich der Laser bei. Vor allem das in spanende Werkzeugmaschinen integrierte Auftragsschweissen bietet überraschende Möglichkeiten, ungewöhnliche Strukturen besonders wirtschaftlich und schnell herzustellen.

Anbieter zum Thema

neutec werkzeugmaschinen AG

Angehrn AG - Umformtechnik

DMB Technics AG

Landesmesse Stuttgart GmbH

Additive Fertigungsverfahren mit Lasern revolutionieren die Produktion. Wie Dr. Arnold Mayer, CEO von Optech Consulting, berichtet, ist der Markt für Lasersysteme zur additiven Fertigung in den letzten fünf Jahren im Mittel um mehr als 25 Prozent jährlich gewachsen. «Vor allem die additive Fertigung von Metallteilen war für das starke Marktwachstum ausschlaggebend», ergänzt er. Dabei gibt es zwei grundlegend unterschiedliche Verfahren. Das aufbauende Fertigen kompletter Bauteile beispielsweise aus Pulver hat in den letzten Jahren vorrangig die Entwicklung und das Wachstum bestimmt. Demgegenüber hat sich das Auftragsschweissen mit Laser und Draht oder Pulver bereits seit einigen Jahren bewährt. Dieses Verfahren nutzt man unter anderem für hochwertige Instandsetzungen und Modifikationen an Bauteilen für Turbomaschinen, für den Werkzeug- und Formenbau und für einige andere industrielle Branchen.

Basiswissen

Additive Fertigung –  eine erste Bestandsaufnahme

Effizienter mit zukunftsweisenden Maschinenkonzepten

Zu den Vorteilen des Auftragsschweissens erläutert Uri Resnik, Geschäftsführer von OR Laser: «Einer der entscheidenden Vorteile des Auftragsschweis­sens mit dem Laser besteht darin, dass auf Freiformflächen beliebiger Bauteile endkonturnah aufgeschweisst werden kann. Da nur wenig Energie eingetragen wird, entsteht nur minimaler Verzug am Bauteil. Dadurch ist nur ein kleines Aufmass erforderlich. Das verkürzt die Zeit und verringert die Kosten beim Nacharbeiten. Das ist ein herausragender Vorteil verglichen mit anderen Schweisstechnologien.»

Der Hersteller OR Laser kann anhand der Modifikation an einem Spritzgiesswerkzeug zeigen, dass das DMD-(Direct Metal Deposition)Verfahren bereits bei Serien mit mehr als drei Bauteilen wirtschaftliche Vorteile hat. Dazu ergänzt Thomas Kimme, Geschäftsführer von Laservorm: «Durch die ständige Weiterentwicklung unserer Maschinenkonzepte und Steuerungslösungen ergeben sich Vorzüge hinsichtlich der Qualität, der Produktivität und der Wirtschaftlichkeit.» Die Laseranlagen von Laservorm werden beispielsweise zum Erzeugen hochtemperaturbeständiger thermischer Barriere­schichten auf Bauteilen für Flugzeugturbinen sowie zum Instandsetzen von Komponenten für Kraftwerksturbinen eingesetzt. «Wir integrieren zum Beispiel den adaptiven Bearbeitungsprozess und die erforderlichen Messungen an den Bauteilen in die CNC-Steuerung. Somit entfällt der Datentransfer auf externe Systeme. Auf diese Weise synchronisieren wir mit unserer schnellen CNC-Steuerung Messvorgänge zum Bearbeitungsprozess in Echtzeit», berichtet Kimme. Beispielsweise mit einem speziellen Spiegelsystem lassen sich Schweissraupen vergrössert abbilden. «Somit können wir während der Bearbeitung die Geometrie der Schweissraupen erkennen und adaptiv beeinflussen», führt Kimme aus.

Technologietrends 2018

Die Top Technologietrends für 2018 in der Industrie - Teil 1

Integration optimiert Prozesse

«Die Integration von Laserstrahlquellen in Werkzeugmaschinen ist einer der vielversprechendsten Ansätze für optimierte Produktionsprozesse», sagt Dr. Christoph Ullmann, Geschäftsführer bei Laserline. Beispielsweise in fünfachsigen Fräsmaschinen eingebaute Diodenlaser ermöglichen einen Wechsel zwischen additiver und subtraktiver Bearbeitung. Der Laser generiert aus Pulver den formstabilen Werkstoff, der Fräskopf bearbeitet diesen auf die Endkontur. «Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten unserer Diodenlaser bieten für das Additive Manufacturing noch andere Optionen, die weit über das Wechselspiel von additivem Pulverauftrag und subtraktivem Zerspanen hinausgehen», betont Dr. Ull­mann und ergänzt: «Unsere Laser können zum Beispiel in Dreh- und Fräszentren integriert und neben dem Pulverauftrag auch zum Schweissen und Härten eingesetzt werden. Hierfür werden neben der Pulverdüse für den Laser entsprechende Optiken eingebaut, zwischen denen, abhängig vom Bearbeitungsvorgang, hin- und hergeschaltet werden kann. Im Ergebnis lassen sich so komplexe Fertigungsprozesse auf der Basis einer einzigen Strahlquelle verwirklichen. Das ist natürlich sehr zeit- und kosteneffizient.»

Dichte Körper mit Faserlaser

Die innovativen Faser-Lasersysteme von IPG Laser setzen durch Laserauftragsschweissen beispielsweise Absperrventile, Kurbelwellen und Dichtungsringe instand. Die additive Fertigung wurde ursprünglich für den Prototypenbau entwickelt. «Inzwischen haben sich additive Fertigungsverfahren als gänzlich neue Branche zum Herstellen dreidimensionaler Festkörper etabliert», berichtet Michael Stark, Projektmanager bei IPG Laser. Schicht für Schicht wird mit dem Laser Metallpulver aufgeschmolzen. So entsteht ein komplettes Bauteil. «Zum Erfolg dieser Verfahren tragen die enormen Verbesserungen bei, die in jüngster Zeit bei der Rechenleistung sowie der Bewegungs- und Prozesssteuerung von Laseranlagen realisiert wurden. Somit können unterschiedlichste Werkstoffe bei hoher Geschwindigkeit präzise aufgetragen werden», sagt Stark. Das selektive Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) erzeugt vollständig dichte Metallteile mit hochwertigen mechanischen Eigenschaften. «Hierbei haben sich unsere Faserlaser der Serie YLR bewährt», erklärt Michael Stark. Diese Laserquellen zeichnen sich durch besonders hohe Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit aus. Anlagen bis zu 2 kW Leistung sind in 19-Zoll- Rack-Bauweise äusserst kompakt integrierbar.

Für kleine und mittelständische Betriebe profitabel

«Die Produktionsumgebung der Zukunft verlangt im Zeichen zunehmender Digitalisierung und Industrie 4.0 immer intelligentere Systeme und Lösungsansätze entlang der gesamten Prozesskette der additiven Fertigung», hebt Uri Resnik, CEO von OR Laser, hervor. Für Bauteile und Konstruktionen nahezu jeder geometrischen Form, die mit traditionellen Fertigungsmethoden nicht hergestellt werden können, hat der Hersteller deshalb einen besonders hochwertigen 3D-Metalldrucker entwickelt.

«Unser Ziel war, neben dem Prototypenbau auch kleinen und mittelständischen Unternehmen, unter anderem Designern, Dentaltechnikern und Schmuckherstellern, den 3D-Druck zu wirtschaftlichen Investitionen zugänglich zu machen. Das haben wir mit unserer neuesten Entwicklung verwirklicht», fügt Resnik an. Bauteile mit filigranen Strukturen, hoher Oberflächenqualität und hoher Bauteildichte werden einfach und schnell ohne den Einsatz zusätzlicher Werkzeuge aufgebaut. Das Handling und die Aufbereitung der Druckdaten erfolgt dabei direkt aus der CAD-Datei heraus über das 3D-Druck-Modul der CAD/CAM-Software.

Aktuelle Forschungsprojekte entwickeln die additive Fertigung weiter. Thomas Kimme, CEO von Laservorm, fasst zusammen: «Für die zukünftigen Herausforderungen des Laserauftragsschweissens werden zum Beispiel Hard- und Softwarelösungen für bionische Leichtbaustrukturen benötigt. Zudem müssen fertigungsbegleitende Prozessüberwachungen weiterentwickelt werden. Nur so können Fertigungsbetriebe die zunehmend strengeren Forderungen an die Qualitätsüberwachung und Dokumentation erfüllen.» Richtungsweisende Lasersysteme sollen dazu beitragen, zukünftig Produktionsprozesse zu optimieren.

Die Vielfalt der Laser-Materialbearbeitung können Sie an der Fachmesse Lasys in Stuttgart vom 5.- 7. Juni 2018 entdecken. SMM

(ID:45287178)