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Laserdirektplattieren Rotationssymmetrische Teile mit neuem Laserprozess dick beschichten

Quelle: Fraunhofer IWS 3 min Lesedauer

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Fraunhofer IWS Dresden

Mit einem am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) entwickelten Laserbeschichtungsverfahren kann man Metalle jetzt ziemlich dick auftragen ...

Am Fraunhofer IWS beschichtet man rotationssymmetrische Bauteile mit mehreren Metern Länge jetzt per Metallbandwicklung und Laserenergie. Der neue Prozess heißt Laserdirektplattieren und bringt viele Vorteile im Vergleich zum Laserauftragschweißen ...(Bild: Fraunhofer IWS)
Am Fraunhofer IWS beschichtet man rotationssymmetrische Bauteile mit mehreren Metern Länge jetzt per Metallbandwicklung und Laserenergie. Der neue Prozess heißt Laserdirektplattieren und bringt viele Vorteile im Vergleich zum Laserauftragschweißen ...
(Bild: Fraunhofer IWS)

Forscher am Fraunhofer IWS in Dresden haben mit dem neuen Verfahren Laserdirektplattieren eine Möglichkeit entwickelt, die metallische Schichten schneller, energieeffizienter und günstiger erzeugt als bisherige Verfahren, wie man erfahren darf. Dabei werden, wie man vielleicht vermuten könnte, keine Metallraupen appliziert, wie es vom Laserauftragschweißen her bekannt ist. Denn beim Laserdirektplattieren koppelt man einen minimalen Wärmeeintrag mit definierter Umformkraft. Dazu wickeln die Experten auf das Bauteil zunächst ein Metallband spiralförmig herum (siehe Aufmacherbild). Der Laser fügt das Band dann stoffschlüssig an den Grundkörper. An der Fügestelle reißen Oxidschichten auf, die frischen Metalloberflächen reagieren unmittelbar miteinander. So entsteht eine dauerhafte metallische Bindung. Im Unterschied zum Laserauftragschweißen schmelze dabei die Beschichtung nicht großflächig auf, sondern bleibe weitgehend in der festen Phase. Das reduziert den Energiebedarf, erhöht die Auftragsrate und stabilisiert die Schichtqualität entlang der gesamten Bauteillänge, heißt es weiter. Man aktiviere also die Kontaktzone mit sehr wenig Energieaufwand und erreiche dennoch dichte, gleichmäßige Beschichtungsergebnisse in vergleichsweise kurzer Zeit.

Kolossaler Zeitsparer beim Beschichten vom Bauteilen

Das Direktplattieren per Laser richtet sich, wie schon erwähnt, auf rotationssymmetrische Bauteile aus. Das Metallband läuft dazu mit konstanter Geschwindigkeit, legt sich dabei spiralförmig um den Grundkörper und verbindet sich während des Aufwickelns mit dem Substrat. Die Laserstrahlung erwärmt die Kontaktfläche, wie gesagt, nur für kurze Zeit auf Fügetemperaturniveau. Die kombinierte Wirkung aus Wärme und Druck erzeugt dann die stoffschlüssige Verbindung. Das Laserdirektplattieren erzeugt dabei die funktionale Schicht direkt auf dem Bauteil. Bandgeschwindigkeiten im Meter-pro-Minute-Regime erlaubten hohe Auftragsraten bis in den 3-stelligen Kilogramm-pro-Stunde-Korridor. Die geringe thermische Beeinflussung beschränke die Wärmeeinflusszone auf die unmittelbare Fügelinie und schone das metallische Gefüge des Grundkörpers. Die Oberfläche hat danach eine homogene Struktur, wie sie vom Walzen her bekannt ist. Danach kann man abdrehen, schleifen, oder polieren, was aber rascher vonstatten geht als nach anderen Auftragsverfahren. In einer industriellen Referenz sank etwa die Beschichtungszeit eines Hydraulikzylinders von rund zwanzig Stunden auf etwa sechs Stunden. Je nach Setup reduziere sich der Energiebedarf um bis zu neunzig Prozent.

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