Systemtechnik zum Fräsen hochfester Werkstoffe

Im Rahmen des Forschungsprojekts Cerasurf entwickelt das Fraunhofer IPT weltweit erstmalig ein hybrides Maschinensystem für die laserunterstützte Fräsbearbeitung von Hochleistungswerkstoffen, wie Ni-Basislegierungen, Titanlegierungen und Si3N4-Hochleistungskeramik. Durch kontrollierte lokale Wärmeeinbringung während des Bearbeitungsprozesses wird hierbei die mechanische Festigkeit des Werkstoffs herabgesetzt und die Zerspanbarkeit signifikant verbessert. Das innovative Systemkonzept basiert auf der modularen Erweiterung einer konventionellen Mortorspindel mit optischen Hochleistungskomponenten für die Integration eines variabel einstellbaren Laserstrahlführungssystems. Als Laserquelle wird ein 2,4 kW-Hochleistungsfaserlaser über eine Lichtleitfaser an die Optik angeschlossen, die den Strahl kollimiert. Über eine Fokussiereinheit und zwei Umlenkspiegel wird der gebündelte Strahl vor die rotierende Frässchneide projiziert, wo der Brennfleck das Material erwärmt und plastifiziert. Das gesamte Fräswerkzeug wird über ein manuelles Spannsystem mit HSK-100 C Schnittstelle an die Spindel in einem hybriden 5-Achs-Bearbeitungszentrum angebunden. Grundprinzip, Wirkungsweise, Systemverhalten, Einzelkomponenten, Prozessgasführung und konstruktive Details sowie die weiterführenden Arbeiten bis zur industriellen Anwendung werden ausführlich beschrieben.