Zwei Fraunhofer-Mitarbeiter mustern einen Roboterarm mit einem Laserkopf. Foto: ronaldbonss.com für das Fraunhofer-IWS
Additive Verfahren von Fraunhofer Dresden und „Laserline“ sollen Fahrzeugteile verschleißfester und umweltfreundlicher machen
Dresden, 7. April 2022. Industrielaser arbeiten mit immer mehr Leistung, sogar Anlagen mit zehn Kilowatt (kW) und mehr sind inzwischen lieferbar. Und das eröffnet dem Automobilbau, Maschinenbau und weiteren Branchen neue Chancen, komplexe Bauteile materialsparend im Hightech-3D-Drucker herzustellen, statt sie aufwendig und mit viel Metallabfall zu drehen, fräsen, und bohren. Dadurch lohnt es sich inzwischen auch, mit additiven Verfahren wie dem Laserauftragschweißen Maschinenkomponenten hochwertig zu beschichten, so dass sie länger halten und nicht so schnell verschleißen.
Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie hat das Dresdner Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) solche Verfahren unter dem Namen „Hiclad“ mit einer selbstentwickelten „Coaxquattro“-Düse und Hochleistungslasern zur Praxisreife geführt. „Wir erweitern die Grenzen des Hochleistungslaser-Einsatzes erneut“, ist Dr. Maria Barbosa überzeugt, die am IWS die Abteilung für thermisches Beschichten leitet.
Hiclad ist inzwischen bereits in der Industrie im Einsatz. Unternehmen beschichten damit beispielsweise Bremsscheiben, Hydraulikzylinder und Gleitlager mit besonders harten Materialien, um ihren Verschleiß zu mindern. Dies sorgt nicht nur für mehr Sicherheit im Straßenverkehr, sondern auch für ein bisschen weniger Feinstaub in der Stadtluft. Künftig lassen sich mit dem Hiclad-Verfahren aber auch richtig große Bauteile für die Öl-, Gas- sowie Papierindustrie veredeln.
Mit ihrer selbstentwickelten Laserdüse Coaxquattro können die Fraunhofer-Forscher sowohl Metallpulver wie auch Metalldraht in verschiedenen Kombinationen schmelzen und damit 3D-drucken. Die Werkstoffe treffen im Laserfokus über der Bauteiloberfläche zusammen, wo der Laser das zugeführte Metall aufschmilzt. Direkt auf der Oberfläche entsteht die Beschichtung aus dem Pulver und den einzeln zugeführten Drähten. Foto: ronaldbonss.com für das Fraunhofer IWS
Auftragrate mit 20-kW-Laser verdreifacht
Mittlerweile setzen immer mehr Unternehmen additive Verfahren wie das Laserauftragschweißen ein. Das Beschichtungstempo blieb bislang jedoch eher bescheiden. Daher hat die Industrie dieses Verfahren in der Vergangenheit nur selten für große Bauteile und Massenserien genutzt. Dies ändert sich, seit industrielle Diodenlaser mit zehn, teilweise bis zu 20 Kilowatt Leistung und mehr verfügbar sind. Mit solchen Lasern haben das IWS und der Laserhersteller „Laserline“ inzwischen die Auftragraten übertroffen, die früher nur mit dem sogenannten „Plasma-Transferred-Arc“-Verfahren (PTA) realisierbar waren. Auch gegenüber bisher verfügbaren laserbasierten Lösungen erzielten die Partner erhebliche Fortschritte: Abhängig vom konkreten Material und der gewählten Düse erreicht lässt sich mit Hiclad die Produktivität im Vergleich zu einer Lösung mit einem herkömmlichen Neun-Kilowatt-Laser ungefähr verdreifachen. Die genauen Werte hängen dabei vom konkreten Einsatzszenario ab, betont das Institut.
Nächster Schritt führt in die 45-Kilowatt-Klasse
„Gemeinsam mit dem Fraunhofer IWS ist uns gelungen, der Industrie konkrete Anwendungen für eine neue Klasse von Hochleistungslasern zu erschließen“, meint „Laserline“-Experte Sörn Ocylok. Geplant sei, bald auch in die 45-Kilowatt-Laserklasse vorzustoßen.
Autor: hw
Quelle: Fraunhofer-IWS
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