Hybridmaschinen vereinen das Beste aus zwei Welten

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Die Stärke der MPA-Technologie ist laut Derntl das Auftragen von großen Volumina auf Halbzeug mit Freiformflächen in Kombination mit Hohlräumen wie Kühlkanälen oder integrierten Heizdrähten. „Das sind Anwendungsbereiche, die von keinem anderen generativen Fertigungsverfahren abgedeckt werden können. Werkstückdimensionen von über 0,5 m × 0,5 m mit mehreren Hundert Kilogramm Gesamtmasse sind für uns nichts Außergewöhnliches.” Zudem hebt er die Möglichkeit von Werkstoffkombinationen hervor, die das Laserauftragsschweißen nicht biete. „Im Gegensatz dazu wird beim MPA-Verfahren auch das aufgetragene Pulver nicht aufgeschmolzen, sodass die auftretenden Spannungen im Bauteil sehr gering sind”, so Derntl.

Laserkopf mit integrierter Kühlung und Prozessüberwachung

Die Hybridmaschine von DMG Mori ist mit einem 2-kW-Diodenlaser ausgerüstet. Sie basiert auf einer DMU 65 Monoblock und wurde von Sauer Lasertec in Zusammenarbeit mit DMG Mori USA entwickelt. „Das absolute Alleinstellungsmerkmal der Lasertec 65 3D ist, dass sie Laserauftragschweißen und Fünf-Achs-Fräsen in einer Aufspannung kombiniert und damit die Fertigung hochkomplexer Bauteile ermöglicht”, urteilt Friedemann Lell, Vertriebsleiter für die Lasermaschinen der DMG Mori Seiki AG. „So sind beispielsweise viele 3D-Geometrien mit Hinterschneidungen realisierbar. Dadurch entstehen in der Konstruktion Möglichkeiten, die bis dato undenkbar waren.” Ein Bauteil könne daher rein funktionsoptimiert ohne Rücksicht auf fertigungsspezifische Restriktionen konstruiert werden.

Lell weiter zum Konzept: „In die Hybridmaschine sind unsere Erfahrungen mit der Integration von Laserköpfen in Maschinen eingeflossen, wie das automatische Shuttle-Handling für den Wechsel des Laserkopfes und die HSK-63-Schnittstelle zeigen. Jedoch verwenden wir beim Laserauftragsschweißen einen neuen Laserkopf mit integrierter Kühlung, Prozessüberwachung und einer integrierten Kamera, die den Prozess optisch regelt und die Laserleistung online anpasst.”

Koaxiales Schutzgas verhindert die Oxidation während des Aufbauprozesses

Bei der Maschine wird laut Angaben von DMG-Mori über eine Pulverdüse zunächst das Metallpulver – Edelstahl oder auch unterschiedliche Legierungen, etwa auf Aluminium- oder Nickelbasis – schichtweise auf ein Basismaterial aufgetragen. Dann wird es vom Laser poren- und rissfrei mit dem Basismaterial verschmolzen. Ein koaxiales Schutzgas verhindert die Oxidation während des Aufbauprozesses. Nach dem Erkalten entsteht eine Metallschicht, die mechanisch bearbeitet werden kann. Die Baurate wird mit bis 1 kg/h angegeben. „Damit ist das Laserauftragsschweißen zehnmal so schnell wie das Laserschmelzen im Pulverbett”, betont Lell. „Die Wandstärken liegen dabei zwischen 0,1 und 5 mm.” Im Gegensatz zum Laserschmelzen im Pulverbett erlaube das Laserauftragschweißen per Metallpulverdüse zudem das Herstellen großer Teile. Auch ließen sich komplexe 3D-Konturen ohne Stützgeometrie schichtweise generieren.

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