Fraunhofer-Gesellschaft

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Laser-Einheit macht Auftragschweißen auf Bearbeitungszentrum möglich

 
: Nowotny, S.; Münster, R.; Scharek, S.

Maschinenmarkt. MM, das Industriemagazin (2009), No.17, pp.42-44
ISSN: 0341-5775
ISSN: 0025-4509
ISSN: 1867-9722
German
Journal Article
Fraunhofer IWS ()
Auftragschweißen; Bearbeitungszentrum; CNC Maschine; Fräsmaschine; fünf-achsiges Fräsen; Halbleiterlaser; Komplettfertigung; Laserstrahlauftragen; Laserstrahlbeschichten; Laserstrahlschweißen; Reparaturschweißen

Abstract
Im Fraunhofer-IWS (Institut für Werkstoff- und Strahltechnik), Dresden, (DE), ist in Zusammenarbeit mit der Maschinenfabrik Arnold die Komplettbearbeitung in der geschlossenen Prozesskette aus Programmierung, Laser-Auftragschweißen und Fräsen oder Drehen in einer Maschine und einer Aufspannung realisiert worden. Die Werkzeugmaschine ist ein Ausführungsbeispiel auf der Basis eines Fünf-Achs-CNC-Fräszentrums. Die lasertechnische Peripherie einschließlich der Medienversorgung ist kompakt auf einer separaten Plattform angeordnet. Die Komponenten des Laser-Ausrüstsatzes sind modular strukturiert und können so vielfältig untereinander kombiniert und in die verschiedensten Werkzeugmaschinentypen eingebaut werden. Im hier vorgestellten Beispiel wird ein Diodenlaser mit 1,5 kW verwendet, dessen Strahlung mit einem Lichtleitkabel von 400 Mikrometer Durchmesser in die Maschine geführt wird. Die ausgewählte Laseroptik erzeugt einen Fokus-Durchmesser von 800 Mikrometer. Mit der verwendeten Faser- und einer anderen Optik sind minimal sogar 400 Mikrometer Raupenbreite erzielbar. Durch die Wahl des Lasers ist dieses Ausführungsbeispiel eher präzisionsorientiert, und die Auftragraten von Metalllegierungen sind nach oben auf etwa 0,5 kg/h begrenzt. Bei dieser Konstellation sind Raupenbreiten zwischen 0,8 mm und 2,0 mm und Schichtdicken zwischen 0,2 mm und 1,0 mm erzielbar. Das erforderliche Bearbeitungsaufmaß der auftraggeschweißten Strukturen beträgt typischerweise 0,3 mm bis 0,6 mm. Die wichtigsten fehlerfrei verarbeitbaren Metallpulver sind Stähle, Co- und Ni-Legierungen, Messing und Bronze sowie Ti. Eine Koaxial-Pulverdüse sorgt für die exakte und gleichmäßige Zufuhr des Schweißgutes in den Laser-Brennfleck. Je nach Aufgabenstellung kann aus einem vom Fraunhofer IWS entwickelten modularen System >Coaxn< die optimale Konfiguration des Bearbeitungskopfs ausgewählt werden. Die Laserbearbeitungsköpfe ermöglichen ein richtungsunabhängiges Schweißen im 2D- und 3D-Bereich und Pulvernutzungsgrade von über 60 %. Die Optikeinheit wird über einen genormten Steilkegel in der Werkzeugaufnahme der Frässpindel aufgenommen. Die Bearbeitungseinheit besteht aus Laseroptik und Koaxial-Pulverdüse. Bei dieser Integrationsvariante entfällt die zusätzliche Linearachse für die Optikführung. Unterstützt wird der Fertigungsablauf durch das Softwarepaket DCAM. Die laserintegrierten Bearbeitungszentren werden in 1. Linie für schnelle und präzise Reparaturen beschädigter Werkzeuge und Bauteile verwendet. Darüber hinaus können metallische Bauteile direkt aus einem 3D-CAD-Modell generiert werden.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-96013.html