Extrem schnelles Laserauftragsschweissen

Der Lasersystemhersteller Trumpf überführt das EHLA-Verfahren (Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweissen) in die Serienproduktion. «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 neue Verfahren entwickelt und patentieren lassen, um in erster Linie bei rotationssymmetrischen Bauteilen sehr schnelle Beschichtungsprozesse mit geringen Schichtdicken zu ermöglichen.

 

Funktionsweise des Verfahrens

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 Antonio Candel-Ruiz. Zudem lag die minimale Schichtdicke bisher bei rund 500 µm – dünnere Schichten waren nicht möglich.

Normalerweise erzeugt beim Laserauftragsschweissen ein Laser ein Schmelzbad auf der Oberfläche eines Bauteils. Zudem schmilzt er 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 das normale Laserauftragsschweissen nur 10 bis 40 cm²/min beschichten kann, schafft das EHLA-Verfahren Flächenraten von über 250 cm²/min. Zudem sind nun weit dünnere Schichten mit Schichtdicken von 10 bis 300 µm möglich. Zudem reicht für das Verfahren ein viel feinerer Laserfokus, was den Prozess wesentlich energieeffizienter macht.

 

Direkt integriert

Die vom Fraunhofer ILT entwickelte neue Bearbeitungsoptik lässt sich direkt in die bestehenden Systeme von Trumpf integrieren. «Für das Verfahren eignen sich sowohl unsere Dioden- als auch Scheibenlaser – je nach gewünschtem Laserfokus», sagt Antonio 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 hohe Geschwindigkeiten ermöglicht.

Je nach Bauteilgrösse hat Trumpf unterschiedliche Lasermaschinen, die für das EHLA-Verfahren in Frage kommen. 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 Fraunhofer ILT entwickelten neuen Pulverzufuhrdüse ausstatten.

 

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