Laserauftragschweißen (Laser Metal Deposition)

Das vielseitigste Verfahren: Reparieren, Beschichten, Fügen und additive Fertigung – in einem Prozess.

High-speed Laserauftragschweißen (HS-LMD)

Highspeed-Laserauftragschweißen – noch schneller

Flächenbeschichtung in kurzer Zeit – extrem dünn und effizient bei sehr hoher Qualität.

Laserauftragschweißen – ein Verfahren für verschiedene Anwendungen

Laserauftragschweißen ist ein additives Fertigungsverfahren für Metalle und Metall-Keramik-Mischungen. Mit ihm können 3D-Geometrien erzeugt oder modifiziert werden. Auch reparieren oder beschichten kann der Laser mit dieser Fertigungsmethode. So wird in der Luft- und Raumfahrt Additive Manufacturing zur Reparatur von Turbinenschaufeln eingesetzt. Im Werkzeug- und Formenbau werden abgebrochene oder verschlissene Kanten und formgebende Funktionsflächen repariert oder sogar lokal aufgepanzert. Zum Schutz vor Verschleiß und Korrosion werden in der Energietechnik oder der Petrochemie Lagerstellen, Walzen oder Hydraulikkomponenten beschichtet. Auch im Automobilbau kommt die additive Fertigung zum Einsatz. Hier werden Komponenten in großer Stückzahl veredelt.

TRUMPF Kunden profitieren von dem breiten Portfolio an Lasern und Lasersystemen. Wir verfügen über langjähriges Prozess Know-How und Services für viele Anwendungen in der Lasertechnik. So kann Additive Manufacturing auch mit dem Laserschweißen oder Laserschneiden kombiniert werden.

Die internationale Bezeichnung für Laserauftragschweißen lautet meist „Laser Metal Deposition“, abgekürzt LMD. Die Rede ist auch von „Direct Metal Deposition“ (DMD), „Direct Energy Deposition“ (DED) oder "Laser Cladding"

Was sind Vorteile des Laserauftragschweißens?

Höhere Aufbauraten

Mit Laserauftragschweißen entstehen grobe und sehr feine Strukturen. Dabei werden hohe Aufbauraten im Vergleich zu anderen Methoden der generativen Fertigung erzielt.

Materialvielfalt

Im Prozess lassen sich mehrere Pulver gleichzeitig fördern und zuführen. Dadurch ist es möglich, eigene Legierungen zu entwickeln oder zwischen Materialien zu wechseln. Auf diese Weise entstehen Sandwich-Strukturen.

Flexibilität

Auf 3D-Teilen und unebenen Flächen lassen sich Strukturen einfach auftragen. Auch Änderung an der Geometrie sind unkompliziert möglich.

Einfacher Materialwechsel

Laser Metal Deposition ermöglicht es, unkompliziert zwischen verschiedenen Materialien in einem Arbeitsprozess zu wechseln.

Etabliertes Verfahren

Laserauftragschweißen kommt zur Reparatur von Werkzeugen oder Komponenten zum Einsatz, zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt. Auch zum Auftragen dünner Korrosions- und Verschleißschutzschichten wird es verwendet.

Innovativ

Durch einen technologischen Kniff können maximale Geschwindigkeiten von mehreren hundert Metern pro Minute erreicht werden: Highspeed-Auftragschweißen spielt beispielsweise beim Beschichten von Bremsscheiben seine Stärken aus.

Wie unterscheiden sich die Strahlquellen bei verschiedenen LMD-Anwendungen?

Laserauftragschweißen (LMD)

Das konventionelle Laserauftragschweißen wird für die flexible Beschichtung, Reparatur und additive Modifikation von 3D Bauteilen eingesetzt. Da für dieses Verfahren keine Prozesskammer erforderlich ist, lassen sich damit auch sehr große Bauteile bearbeiten. Die aufgetragenen Schichten sind schmelzmetallurgisch mit dem Substrat verbunden, sodass hohe Festigkeit – oft vergleichbar zu Standardgüten – erzielbar sind.

Highspeed-Laserauftragschweißen (HS-LMD)

Das Highspeed-Laserauftragschweißen basiert auf dem vom Fraunhofer ILT entwickelten EHLA-Verfahren (EHLA= Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen). Es eignet sich für die großflächige Beschichtung von rotationssymmetrischen Bauteilen mit dünnen Schichten. Wie beim konventionellen Auftragschweißen sind die aufgetragenen Schichten schmelzmetallurgisch mit dem Substrat verschweißt. Durch die sehr hohen Prozessgeschwindigkeiten und damit einhergehende schnelle Abkühlung werden höhere Festigkeiten erzielt. Auch lassen sich damit Werkstoffe bearbeiten, die als schwer schweißbar gelten (z.B. Guss).

Laserauftragschweißen mittels grüner Laserstrahlung

Das Laserauftragschweißen mittels grüner Laserstrahlung ist besonders effektiv für hochreflektierende Materialien wie Reinkupfer, Kupferlegierungen, Bronzen, Aluminiumlegierungen oder Edelmetalllegierungen. Die grüne Wellenlänge hat im Vergleich zum infraroten Wellenlängenbereich eine deutlich höhere Absorption; für Reinkupfer und Kupferlegierungen kann eine vielfach höhere Absorption erzielt werden. Im Vergleich zur infraroten Wellenlänge ermöglicht die additive Fertigung mit grüner Wellenlänge bei der Verarbeitung von Kupferlegierungen höhere Dichten und einen endkonturnaheren Aufbau bei deutlich kleinerer Laserleistung.

Wie funktionieren Laserauftragschweißen und Highspeed-Laserauftragschweißen?

Laserauftragschweißen (LMD)

Beim konventionellen Laserauftragschweißen erwärmt ein Laserstrahl das Werkstück lokal und erzeugt darauf ein Schmelzbad. Aus einer Düse in der Bearbeitungsoptik wird dann feines Metallpulver direkt in das Schmelzbad gesprüht. Dieses schmilzt dort auf und verbindet sich mit dem Grundwerkstoff. Zurück bleibt eine Schicht von ca. 0,2 bis 1 Millimeter Dicke. Auf diese Weise entstehen miteinander verschweißte Raupen, die Strukturen an bestehenden Grundkörpern oder ganzen Bauteilen ergeben. Bei Bedarf können viele Schichten übereinander aufgebaut werden. Durch Auftragschweißen können hohe Aufbau- oder Volumenraten auf 3D-Flächen von mehreren cm³/min erzeugt werden, bei Vorschubgeschwindigkeiten von 500 mm/min bis hin zu mehreren Metern/Minute. Um Linien, Flächen und Formen aufzutragen, bewegt sich die Bearbeitungsoptik – automatisch gesteuert – über das Werkstück. Intelligente Sensorik sorgt dafür, dass die Schichtdicke immer überall gleichmäßig ist.

Highspeed-Laserauftragschweißen (HS-LMD)

Beim Highspeed-Laserauftragschweißen werden die Pulverpartikel bereits über der Substratoberfläche nahezu auf Schmelztemperatur aufgeheizt. Dadurch wird weniger Zeit für das Aufschmelzen der Pulverpartikel benötigt. Das Ergebnis: Deutlich gesteigerte Prozessgeschwindigkeiten. Aufgrund des geringeren Wärmeeintrags ermöglicht das Highspeed-Laserauftragschweißen auch die Beschichtung von sehr wärmeempfindlichen Werkstoffen wie Aluminium- oder Gusseisenlegierungen. Durch das HS-LMD-Verfahren können hohe Flächenraten auf rotationssymmetrischen Flächen von bis zu 1500 cm²/min erzeugt werden. Dabei werden Vorschubgeschwindigkeiten von mehreren Hundert Metern/Minute erzielt.

Erfahren Sie, was unsere Kunden begeistert

Wir setzen Anwendungsideen auch mal auf eigene Kosten um. Bis der Erfolg kommt, kann es eine Weile dauern, da muss man sich durchbeißen.

Christoph Hauck

Vorstand Technologie und Vertrieb bei der toolcraft AG

zur Erfolgsgeschichte

Wofür eignet sich Laserauftragschweißen?

TRUMPF application powertrain brake disk

Beschichten

Werten Sie Ihre Bauteile auf – mit einer Schutzschicht gegen Korrosion oder Verschleiß. Durch Laser-Pulver Auftragschweißen entstehen Beschichtungen, die Ihre Bauteile härten und sie damit widerstandsfähig gegen Salzwasser, Chemikalien oder Witterung machen. Anders als bei herkömmlichen Verfahren wie beispielsweise dem Thermischen Spritzen ist das Werkstück dabei nur niedrigen thermischen Belastungen ausgesetzt, so dass es – wenn überhaupt – nur zu einem sehr geringen Verzug kommt. Mit LMD sind unterschiedlichste Materialmischungen und Schichtstrukturen möglich. Sparen Sie zum Beispiel Produktionskosten, indem Sie günstige Materialien für das Bauteil verwenden und es anschließend hochwertig beschichten.

Laserauftragschweißen zum Generieren von partiellen Verstärkungen

Additive Fertigung

Das Laserauftragschweißen eröffnet eine weitreichende Designfreiheit bei der individuellen Fertigung von Bauteilen, vor allem im Vergleich zu generischen Pressformen. Durch Auftragschweißen mit Zusatzmaterial können komplett neue Strukturen entstehen oder bestehende Bauteile in Form und Oberflächenstruktur verändert werden. Auch großformatige Bauteile, die nicht in den Bauraum eines 3D-Druckers passen, lassen sich auf diese Weise komplett generieren.

Reparieren

Mehr Wertschöpfung gefällig? Reparieren Sie teure Bauteile oder Werkzeuge einfach udn schnell per Laser-Pulver-Auftragschweißen. Kleinere und größere Schäden lassen sich rasch und nahezu spurlos beseitigen. Auch Designänderungen sind möglich. So sparen Sie Zeit, Energie und Material. Das lohnt sich vor allem bei teuren Metallen wie Nickel oder Titan. Typische Anwendungsbeispiele sind Turbinenschaufeln, Kolben, Ventile, Wellen oder Werkzeuge aller Art.

Fügen

Laserauftragschweißen eignet sich auch als Fügeverfahren – zum Beispiel um Spalten von mehreren Millimetern zu überbrücken. So entstehen homogene, dichte Nähte – völlig ohne Nachbearbeitung. Die koaxiale Pulverzufuhr macht dieses Schweißverfahren dreidimensional und richtungsunabhängig – und Sie flexibel in der Produktionskette. Per Laserauftragschweißen verbinden Sie auch verschiedene Materialien, zum Beispiel Stahl und Aluguss. So lassen sich etwa Batterien für E-Motoren schweißen.

Laserauftragschweißen und Highspeed-Laserauftragschweißen in Aktion

Welche Produkte eignen sich für das Laserauftragschweißen?

TruLaser Cell 3000

Mit der kompakten und hochpräzisen 5-Achs-Lasermaschine bleiben Sie flexibel: zwei- und dreidimensional schweißen, schneiden und LMD durch schnellen Prozessadapterwechsel.

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TruLaser Cell 7040

Perfekt ausgerüstet – egal, ob Sie zwei- oder dreidimensionale Bauteile oder Rohre bearbeiten wollen. Sie können flexibel zwischen Schneiden, Schweißen und Auftragsschweißen wechseln.

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Deposition Line

Erschließen Sie neue Märkte. Ob Beschichtung, Reparatur oder additive Fertigung – Sie erhalten die individuelle Lösung aus Strahlquelle, Pulverförderer, Optiken und Düsen.

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