Werkzeug- und Formenbau DMD löst Laserauftragschweißen ab

Redakteur: Simone Käfer

Durch den Einsatz von DMD (Direct Metal Deposition) kann die Prozessgeschwindigkeit um 250-330 % gesteigert werden im Vergleich zum manuellen Laserauftragschweißen. Das ist eine Alternative für den Werkzeug- und Formenbau in kleinen und mittelständischen Unternehmen.

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Beim DMD Verfahren wird Metallpulver aus einer Pulverdüse koaxial zum Laser auf eine bestehende Oberfläche aufgetragen.
Beim DMD Verfahren wird Metallpulver aus einer Pulverdüse koaxial zum Laser auf eine bestehende Oberfläche aufgetragen.
(Bild: O.R. Lasertechnologie GmbH)

Mit einer Pulverauftragdüse von O.R. Lasertechnologie lassen sich AM-2.0-fähige Laserschweißanlagen aufrüsten, um damit voll automatisiert metallische Schichten aufzutragen. Mit DMD (Direct Metal Deposition) bietet sich mittels Pulverauftragdüse ein neues additives Verfahren für die Modifikation und Instandsetzung von Spritzgussformen. Im Gegensatz zum konventionellen Laserauftragschweißen, bei dem der Materialauftrag mit Draht meist komplett manuell durch einen Schweißer ausgeführt werden muss, arbeitet das neue Verfahren voll automatisiert und präzise. Dies stellt vor allem für kleine und mittlere Unternehmen eine erschwingliche Ergänzung zu bestehenden Verfahren.

Beim DMD Verfahren wird Metallpulver aus einer Pulverdüse koaxial zum Laser auf eine bestehende Oberfläche aufgetragen. Das Verfahren ist vollständig automatisierbar und kann bereits an Anlagen mit einer Durchschnittsleistung um 300 W realisiert werden. Es ist auf dreidimensionalen Oberflächen anwendbar und bietet damit viele Applikationsmöglichkeiten: zur Oberflächenveredelung, Formmodifikation und -Änderungen oder um beschädigte Umform-, Stanz- und Spritzgusswerkzeuge wieder in einen neuwertigen Zustand zu versetzen.

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Aus der Praxis

Das mittelständische Unternehmen HWF Hessische Werkzeug- und Formenbau in Eppertshausen nahe Frankfurt a.M. hat das additive Verfahren getestet. Bei HWF bestand eine der Aufgaben darin, auf einem typischen Formwerkstoff (1.2343 – einer der weltweit meist verwendeten Warmarbeitsstahl mit hoher Verschleißfestigkeit) eine Struktur in der Größe 300 mm × 20 mm × 20 mm aufzubauen.

Bisher wurde solch eine Struktur mit Laserauftragschweißen mit einem Zusatzdraht aufgebaut, um die Gefahr von Rissbildung, Deformation und Änderung der metallurgischen Eigenschaften zu vermeiden. Der Schweißer benötigte dazu zwischen 60 und 80 Stunden.

Heute, mit Additive Manufacturing, erledigt das Unternehmen den Strukturaufbau mit einer Geschwindigkeit von 5000 mm³/h in Schichtstärken von 0,25 mm. Das heißt, es sind gerade mal 24 Stunden und eine Laserleistung von nur 400 W nötig, um die 120.000 mm³ Material aufzubauen. Eine aufwendige Nacharbeitung mit Fräsen oder Drahterodieren ist kaum noch nötig.

So funktioniert DMD

Vorab wird eine CAD-Datei, welche die Formmodifikation enthält, in die ORLas Suite hochgeladen, die CAD/CAM-Softwarelösung von OR Laser. Nach dem Slicing der Struktur in verschiedene Ebenen und dem Festlegen der besten Strategie wird das Koordinatensystem mit drei charakteristischen Referenzpunkten kalibriert und die Laserparameter an die Anlage übermittelt. Die gesamte Vorbereitung dauert im Schnitt eine Stunde, der Prozess läuft danach vollautomatisch ab.

Das Lasersystem ist auch während des Prozesses noch flexibel steuerbar und ermöglicht so, die Prozessparameter an veränderte Anforderungen anzupassen. Beispielsweise können zu verschiedenen Zeiten unterschiedliche Leistungen gewählt werden: Anfangs höhere Aufbauraten durch Einstellung einer relativ hohen Leistung sowie einer hohen Pulverdurchflussrate. Zum Ende des Prozesses eine eher niedrige Leistung und Durchflussrate, um endkonturnahe Oberflächen zu schaffen und die Nachbearbeitung auf ein Minimum zu reduzieren.

Das Ergebnis ist eine rissfreie, qualitativ hochwertige Struktur, die optimal mit dem Grundwerkstoff verbunden ist und eine Härte von 45-65 HRC aufweist. Das zeitintensive Vorheizen des Formeinsatzes entfällt komplett. Die Beeinflussung des Grundwerkstoffes und die damit einhergehende Gefahr metallurgischer Kerben, die beim konventionellen Reparaturschweißen häufig entstehen, werden deutlich reduziert. Der Formeinsatz ist nach kurzer Zeit wieder einsatzbereit.

Pulverdüse als AddOn

Markus Fischer, Geschäftsführer von HWF, ist überzeugt: „Laserschweißen ist aus dem Werkzeug- und Formenbau nicht mehr wegzudenken. Die Einbindung des DMD-Prozesses erlaubt uns, produktiver zu werden und neue Wege bei Formänderungen einzuschlagen. Der Prozess ist in unseren Prozessablauf und der CAD/CAM-Landschaft mit eingebunden.” Auch Materialkosten werden reduziert, da beim DMD-Verfahren eine endkonturnahe Geometrie erreicht wird und nur ein äußerst geringes Zerspanvolumen anfällt. Die Pulverdüse ist als AddOn erhältlich und kann auf bestehende Laserschweißanlagen montiert werden. Diese sind AM-2.0-fähig und können mittels der CAD/CAM-Software ORLas Suite programmiert werden.

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