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Instandhaltung

Fertigen und Instandsetzen mit generativen Laserverfahren

| Autor/ Redakteur: Andres Gasser / Mag. Victoria Sonnenberg

Stichworte wie „3D-Drucken“ und „Additive Manufacturing” sind omnipräsent. Auf allen Kontinenten gibt es Initiativen, die additiven Technologien zu fördern. Doch was verbirgt sich dahinter? In Aachen haben sich die Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT und für Produktionstechnologie IPT dem Thema gewidmet.

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Bild 1: Im Bereich des Maschinenbaus ist die Regenerierung von teuren Komponenten wie Antriebswellen und Turbomaschinenläufern von Interesse sowie die Regenerierung von Getriebe- und Turboladerkomponenten. Das Bild zeigt ein Beispiel für das Auftragschweißen einer Getriebewelle.
Bild 1: Im Bereich des Maschinenbaus ist die Regenerierung von teuren Komponenten wie Antriebswellen und Turbomaschinenläufern von Interesse sowie die Regenerierung von Getriebe- und Turboladerkomponenten. Das Bild zeigt ein Beispiel für das Auftragschweißen einer Getriebewelle.
(Bild: Stork Gears&Services)

Bei additiven Technologien geht es im Wesentlichen darum, Bauteile mithilfe von CAD-Daten (computer-aided-design) und speziellen „Auftragstechniken“ generativ zu fertigen, also aufzubauen, anstatt aus dem Vollen zu zerspanen oder durch formgebende Verfahren, wie beispielsweise das Gießen, zu fertigen. Das können Bauteile sowohl aus Metall als auch aus Kunststoff oder Papier sein.

Innovationscluster beschäftigt sich mit den Verfahren SLM und LAS

Dazu untersuchen die Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT und für Produktionstechnologie IPT die laserbasierten, generativen Fertigungsverfahren Selective Laser Melting (SLM) und Laserauftragschweißen (LAS), wodurch Bauteile nahezu ohne geometrische Restriktionen hergestellt (Neuteilfertigung) und/oder beschädigte Bauteile wieder instandgesetzt werden können (Bild 1). Eingebettet sind diese Technologien in dem Innovationscluster „Adam – adaptive Produktion für Ressourceneffizienz in Energie und Mobilität“, an dem neben den Fraunhofer-Instituten zahlreiche Industrieunternehmen beteiligt sind, unter anderen Rolls-Royce, MTU Aero Engines, Trumpf, Siemens sowie MAN Diesel & Turbo SE.

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Adam zielt darauf ab, für die Automobil-, Flugzeug- und Energiebranche neue Turbomaschinenkomponenten mit deutlich reduzierten Emissionswerten und geringem Treibstoffverbrauch zu entwickeln. Ein wesentlicher Anteil in dem Innovationscluster ist die Instandhaltung/Wartung/Reparatur von Turbomaschinenbauteilen mittels Laserauftragschweißen LAS. Zu den generativen Fertigungsverfahren mit Laserstrahlung gehören das Selective Laser Melting und das Laserauftragschweißen (Bild 2). Beide Verfahren erzeugen endkonturnahe Bauteile beziehungsweise Oberflächen und verwenden überwiegend pulverförmige Zusatzwerkstoffe.

Ausgangspunkt für diese Verfahren sind die geometrischen Daten des Bauteils in Form eines 3D-CAD-Modells. Dieses Modell wird mittels spezieller Software in Schichten einer definierten Dicke zerlegt. Beim SLM folgt ein sich wiederholender zweistufiger Prozess, bei dem zuerst eine Pulverschicht aufgetragen wird. Anschließend werden mit dem Laserstrahl lokal diejenigen Bereiche aufgeschmolzen, die der Bauteilgeometrie entsprechen. Beim Auftragschweißen erfolgt der Auftrag einstufig anhand der CAD-Information.

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