HICLAD® sorgt mit Hochleistungslaser für resilientes Laserauftragschweißen
Fraunhofer IWS entwickelt effiziente, schnelle und nachhaltige
Beschichtungen für Industriebauteile
Hohe Förderrate, optimale Geschwindigkeit, großer Spot: Das Fraunhofer IWS
entwickelt seit einigen Jahren für das Laserauftragschweißen die
Verfahrensfamilie HICLAD®, um mit Hochleistungsdiodenlasern
maßgeschneiderte Lösungen für hochproduktive Beschichtungsprozesse zu
ermöglichen. Dazu stimmen die Forschenden unter anderen die Parameter
Energieverteilung, Geschwindigkeit und Förderrate so aufeinander ab, dass
breite Prozessfenster möglich werden und sich Schwankungen im
Produktionsprozess tolerieren lassen. »Wir erweitern die Grenzen des
Hochleistungslaser-Einsatzes erneut«, betont Dr. Maria Barbosa, die am
Fraunhofer IWS die Abteilung für Thermisches Beschichten leitet. HICLAD®
ermögliche nicht nur nachhaltige funktionelle Beschichtungen, die
letztlich die Haltbarkeit, Verschleißfestigkeit und Lebensdauer der damit
bearbeiteten Bauteile verbessern. Auch bringe das Verfahren Ressourcen wie
Material, Zeit und Kosten in ein möglichst optimales Verhältnis. »Wir
betrachten die Funktionalisierung der Bauteiloberflächen ganzheitlich und
mit dem Ziel, bei minimalem Materialeinsatz und kurzer Taktzeit trotzdem
resiliente und industrietaugliche Ergebnisse zu erzielen.« Als
Schlüsselkomponente dient den Forschenden teilweise im eigenen Haus
entwickelte Mess- und Regelhardware, mit der sie die komplexen Prozesse
überwachen, regeln und deren Qualität kontrollieren können. »Damit leisten
wir einen wichtigen Beitrag zu einer höheren Ressourceneffizienz in der
Industrie«, fügt Maria Barbosa hinzu. Zum Einsatz kommt HICLAD®
beispielsweise für die laserbasierte Hartstoffbeschichtung von
Bremsscheiben, Hydraulikzylindern und Gleitlagern. Künftig lassen sich
damit beispielsweise auch große Bauteile für die Öl-, Gas- sowie
Papierindustrie und für viele andere Branchen effizient beschichten.
Auftragrate mit 20-kW-Laser verdreifacht
Das Laserauftragschweißen kommt zwar schon seit geraumer Zeit für
industrielle Beschichtungen in hoher Qualität zum Einsatz. Allerdings ließ
sich damit lediglich eine vergleichsweise niedrige Auftragrate erzielen.
Diese ist jedoch entscheidend für die Prouktivität und daher setzten
Unternehmen dieses Verfahren in der Vergangenheit nur selten für große
Bauteile und Massenserien ein. Dies ändert sich, seit industrielle
Diodenlaser mit zehn, teilweise bis zu 20 Kilowatt Leistung und mehr
verfügbar sind, die viel höhere Auftragraten zulassen. Allerdings
erfordert der Einsatz dieser Hochleistungslaser auch eine besondere
Prozessexpertise. Das Fraunhofer IWS gilt schon seit vielen Jahren als
Pionier für den Einsatz von Hochleistungslasern mit stetig steigenden
Leistungsklassen – speziell auch für das Laserauftragschweißen. Aus diesen
Erfahrungen heraus haben das Dresdner Institut und Laserline inzwischen
mit 20-Kilowatt-Diodenlasern Auftragsraten erreicht und übertroffen, die
früher nur per Plasma-Transferred-Arc-Verfahr
Auch gegenüber bisher verfügbaren laserbasierten Lösungen erzielten die
Partner erhebliche Fortschritte: Abhängig vom konkreten Material und der
gewählten Düse erreicht HICLAD® Auftragraten von 18 Kilogramm je Stunde im
industriellen Einsatz. Bei einer Inconel-625-Nickellegierung
beispielsweise lässt sich die Produktivität im Vergleich zu einer Lösung
mit einem herkömmlichen Neun-Kilowatt-Laser ungefähr verdreifachen. Die
genauen Werte hängen dabei vom konkreten Einsatzszenario ab. Im Vergleich
zu konkurrierenden Lösungen mit Hochleistungslasern gilt das Verfahren des
Fraunhofer IWS als robuster.
COAXquattro kann Pulver und Draht gleichzeitig verarbeiten
Im Gegensatz zum pulverbasierten Auftragschweißen waren die drahtbasierten
Prozesse bislang auf maximal sechs Kilowatt begrenzt. Mit COAXquattro
gelingt es nun in der Kombination von Draht und Pulver Laserleistungen von
bis zu 20 Kilowatt einzusetzen. Das kann in der Multimaterialentwicklung,
zum Beispiel von Legierungen, eine entscheidende Rolle spielen. So lassen
sich nach Bedarf über jeweils vier Draht- und Pulverkanäle
unterschiedliche Materialien zuführen. Zudem schrumpfen durch die
vergleichsweise kurzen Bearbeitungszeiten die Ausgaben für Personal,
Schutzgase und andere Betriebskosten. Generell ist das System für eine
besonders effiziente Materialausnutzung sowie für eine sehr robuste und
flexible Prozessführung in hoher Qualität ausgelegt.
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«,
erklärt Cladding- und Additive-Manufacturing-Experte Dr. Sörn Ocylok vom
Industrielaser-Hersteller Laserline aus Mülheim-Kärlich. »Aktuell erproben
wir bereits die weitere Skalierbarkeit der Prozesse, indem wir in
Testläufen eine höhere Diodenlaser-Leistungsklasse mit aktuell bis zu 45
Kilowatt Ausgangsleistung einsetzen – mit dem Ziel, auch hier in naher
Zukunft erste industrielle Anwendungen möglich zu machen.« Vorstellen
werden die Projektpartner ihre gemeinsame Arbeit vom 26. bis 29. April
2022 auf der Fachmesse LASER World of PHOTONICS. Das Fraunhofer IWS
informiert dort unter anderem über HICLAD®, stellt die Laserdüse
COAXquattro vor und zeigt ein hochleistungslasergeschweißtes Gleitlager.
Laserline präsentiert neben einem 45-Kilowatt-Diodenlaser unter anderem
auch Bremsscheiben, die per Hochleistungs-Laserauftragschw
beschichtet wurden. Sie setzen dank hochwertiger Laserbeschichtung weniger
Abrieb frei und können somit dazu beitragen, die Feinstaub-Belastung in
der Stadtluft zu mindern.
Infobox
Besuchen Sie uns auf der LASER WORLD of PHOTONICS 2022
Das Fraunhofer IWS präsentiert auf der Münchner Messe in Halle A6,
Fraunhofer-Gemeinschaftsstand 441, neben HICLAD® und COAXquattro neueste
Forschungsergebnisse zu den Themen Fügen, Laserabtragen und -trennen,
Additive Fertigung, Mikrotechnik, Auftragschweißen und Optische
Inspektionstechnik. Mehr Informationen finden Sie unter
https://s.fhg.de/LWoP2022.
Ausführliche Erläuterungen zu den neuen High-Power-Cladding-Lösungen mit
bis zu 45 Kilowatt Laserleistung gibt es bei Laserline in Halle A5, Stand
305.
Über Laserline
Die Laserline GmbH mit Sitz in Mülheim-Kärlich bei Koblenz wurde 1997
gegründet. Als international führender Hersteller von Diodenlasern für die
industrielle Materialbearbeitung ist das Unternehmen mittlerweile zum
Inbegriff dieser innovativen Technologie avanciert und blickt auf mehr als
25 Jahre Firmengeschichte zurück. Weltweit sind aktuell mehr als 5 000
Hochleistungsdiodenlaser von Laserline im Einsatz und stellen in
unterschiedlichsten Prozessen und Anwendungen ihre Leistungsfähigkeit
unter Beweis. Laserline beschäftigt derzeit rund 350 Mitarbeiter und
verfügt über internationale Niederlassungen in den USA, Mexiko, Brasilien,
Japan, China, Südkorea und Indien sowie Vertretungen in Europa
(Frankreich, Großbritannien, Italien) und im asiatisch-pazifischem Raum
(Australien, Taiwan). Das Unternehmen ist auf nachhaltiges Wachstum
ausgerichtet. Mit der Errichtung eines umfangreichen Gebäudekomplexes auf
dem Firmengelände in Mülheim-Kärlich wurden dabei schon die räumlichen
Voraussetzungen für die künftige Ausdehnung von Entwicklung und Produktion
geschaffen. Weitere Infos unter https://www.laserline.com/de-i
