Laserové naváranie (Laser Metal Deposition, LMD)

Najuniverzálnejší proces: Opravy, nanášanie vrstiev, spájanie a aditívny spôsob výroby – v jednom procese.

High-speed Laserauftragschweißen (HS-LMD)

Vysoko rýchlostné laserové naváranie – ešte rýchlejšie

Plošné nanášanie vrstiev v krátkom čase – extrémne tenké a efektívne pri veľmi vysokej kvalite.

Prehľad

Výhody

Porovnanie technológií

Princíp funkcie

Oblasti použitia

Demo

Produkty

Laserové naváranie – jeden proces pre rôzne aplikácie

Laserové naváranie je aditívny výrobný proces pre kovy a zmesi kovu a keramiky. Vďaka nemu je možné vytvárať alebo upravovať 3D geometrie. Laser dokáže pomocou tejto metódy aj opravovať alebo nanášať povrchové vrstvy. Vďaka tomu sa aditívny spôsob výroby používa v letectve a kozmonautike na opravy lopatiek turbín. V oblasti výroby nástrojov a foriem sa takto opravujú alebo dokonca lokálne spevňujú ulomené alebo opotrebované hrany a tvárniace funkčné plochy. V energetickej technike alebo v petrochémii sa na ochranu pred opotrebovaním a koróziou vytvárajú povrchové vrstvy častí ložísk, valcov alebo hydraulických komponentov. Aditívny spôsob výroby sa používa aj pri výrobe automobilov. Tu sa zušľachťujú komponenty vo veľkých počtoch kusov.

Zákazníci firmy TRUMPF profitujú zo širokého portfólia laserov a laserových systémov. Disponujeme dlhoročnými znalosťami procesu a služieb pre množstvo aplikácií v oblasti laserovej techniky. Takto je možné spojiť aditívny spôsob výroby aj s laserovým zváraním alebo s rezaním laserom.

Medzinárodne sa laserové naváranie väčšinou označuje ako „Laser Metal Deposition“, v skratke LMD. Hovorí sa aj o „Direct Metal Deposition“ (DMD), „Direct Energy Deposition“ (DED) alebo "Laser Cladding"

Aké sú výhody laserového navárania?

Vyšša miera nanášania

Pomocou laserového navárania vznikajú hrubé a veľmi jemné štruktúry. Dosahujú sa pritom vysoké miery nanášania v porovnaní s inými metódami aditívneho spôsobu výroby.

Rozmanitosť materiálov

V procese je možné dopravovať a privádzať súčasne viacero práškov. Vďaka tomu je možné vyvíjať vlastné zliatiny alebo meniť materiál. Týmto spôsobom vznikajú sendvičové štruktúry.

Flexibilita

Štruktúry je možné jednoducho nanášať na 3D dielce a nerovné plochy. Bez komplikácií je takisto možné vytvárať zmeny geometrie.

Jednoduchá zmena materiálu

Pri laserovom naváraní je možná jednoduchá zmena materiálu v jednom pracovnom procese.

Etablovaný proces

Laserové naváranie sa používa pri opravách nástrojov alebo komponentov, napríklad v letectve a kozmonautike. Používa sa aj na nanášanie tenkých vrstiev chrániacich pred koróziou a opotrebovaním.

Inovatívne

Vďaka technologickému triku je možné dosiahnuť maximálne rýchlosti niekoľko stoviek metrov za minútu: Vysoko rýchlostné laserové naváranie napríklad ukazuje svoje silné stránky pri nanášaní vrstiev brzdových kotúčov.

Ako sa odlišujú zdroje lúča pri rôznych aplikáciách LMD?

Laserové naváranie (LMD)

Konvenčné laserové naváranie sa používa na flexibilné povrchové úpravy, opravy a aditívne úpravy 3D obrobkov. Keďže pri tomto procese nie je potrebná pracovná komora, možné je takto obrábať aj veľmi veľké obrobky. Nanášané vrstvy sú tavením metalurgicky spájané s podkladom, pričom sa dosahuje vysoká pevnosť – často porovnateľná so štandardnými materiálmi.

Vysoko rýchlostné laserové naváranie (HS-LMD)

Vysoko rýchlostné laserové naváranie je založené na procese EHLA (EHLA= Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen = extrémne rýchle laserové naváranie) vyvinutom vo Fraunhofer ILT. Vhodné je na veľkoplošné nanášanie tenkých vrstiev na rotačne symetrické obrobky. Tak, ako pri konvenčnom laserovom naváraní, sú aj tu nanášané vrstvy zvarené tavením metalurgicky s podkladom. Vďaka veľmi vysokým rýchlostiam procesu a vďaka s tým súvisiacemu rýchlemu ochladzovaniu je možné dosahovať vysoké pevnosti. Takto je možné obrábať aj materiály, ktoré sú považované za ťažko zvárateľné (napr. liatina).

Laserové naváranie pomocou zeleného laserového žiarenia

Laserové naváranie pomocou zeleného laserového žiarenia je mimoriadne efektívne pri materiáloch s vysokým odrazom svetla akými sú čistá meď, zliatiny medi, bronzy, zliatiny hliníka alebo zliatiny drahých kovov. Zelená vlnová dĺžka má v porovnaní s infračervenou oblasťou vlnových dĺžok výrazne vyššiu absorpciu; pre čistú meď a zliatiny medi je možné dosiahnuť mnohonásobne vyššiu absorpciu. V porovnaní s infračervenou vlnovou dĺžkou umožňuje aditívny spôsob výroby so zelenou vlnovou dĺžkou pri spracovávaní zliatin medi dosahovať vyššie hustoty a konštrukciu takmer definitívneho tvaru pri výrazne nižšom výkone lasera.

Ako funguje laserové naváranie (LMD) a vysoko rýchlostné laserové naváranie (HS-LMD)?

Laserové naváranie (LMD)

Pri konvenčnom laserovom naváraní najprv laserový lúč lokálne ohreje obrobok a vytvorí na ňom taveninu. Z dýzy v obrábacej optike sa potom strieka jemný kovový prášok priamo do taveniny. Ten sa tam roztaví a spojí sa so základným materiálom. Vytvorí sa tak vrstva hrúbky cca. 0,2 až 1 milimeter. Týmto spôsobom vznikajú vzájomne zvarené húsenice zvaru, ktoré vytvárajú štruktúry na jestvujúcich telesách alebo na celých obrobkoch. V prípade potreby je možné naniesť na seba mnoho vrstiev. Laserovým naváraním je možné niekoľkými cm³/min vytvoriť na 3D plocháchveľkú mieru vrstvy alebo objemu , pri rýchlostiach pohybu 500 mm/min až po niekoľko metrov/minútu. Automaticky riadená obrábacia optika sa pohybuje ponad obrobok, aby nanášala čiary, plochy a tvary. Inteligentná senzorika sa stará o to, aby bola hrúbka vrstvy stále všade rovnaká.

Vysoko rýchlostné laserové naváranie (HS-LMD)

Pri vysoko rýchlostnom laserovom naváraní sa častice prachu nahrejú už nad povrchom podkladu takmer na teplotu tavenia. Vďaka tomu je potrebný kratší čas na natavovanie častíc prachu. Výsledok: Výrazný nárast rýchlostí procesu. Vďaka menšiemu prísunu tepla umožňuje vysoko rýchlostné laserové naváranie aj vytváranie povrchových vrstiev na materiáloch veľmi citlivých na teplo akými sú zliatiny hliníka alebo liatiny. Pomocou procesov HS-LMD je možné vytvárať veľké miery plôch na rotačne symetrických plochách až do 1500 cm²/min. Pritom sa dosahujú rýchlosti pohybu niekoľkých stoviek metrov/minútu.

Zistite, čo oceňujú naši zákazníci

Niekedy realizujeme nápady aplikácie aj na vlastné náklady. Kým sa dostaví úspech, môže to chvíľu trvať. Cez to je potrebné sa prekusnúť.

Christoph Hauck

Riaditeľ technológie a odbytu firmy toolcraft AG

k histórii úspechu

Na čo je vhodné laserové naváranie?

TRUMPF application powertrain brake disk

Nanášanie vrstiev

Zvýšte hodnotu Vašich obrobkov – s ochrannou vrstvou proti korózii alebo opotrebovaniu. Pomocou laserového navárania prášku vznikajú povrchové vrstvy, ktoré vytvrdia Vaše obrobky a vytvoria ich tak odolné voči slanej vode, chemikáliám alebo vplyvom počasia. Na rozdiel od bežných procesov, ako napríklad pri vstrekovaní za tepla je obrobok pritom vystavený len nízkemu tepelnému zaťaženiu, takže dochádza – ak vôbec – len k veľmi nízkym deformáciám. Pomocou LMD je možné spracovať najrozličnejšie zmesi materiálov a štruktúry vrstiev. Ušetrite napríklad výrobné náklady tým, že použijete pri výrobe obrobkov cenovo výhodnejšie materiály a následne ich povrchovou vrstvou zhodnotíte.

Laserové naváranie na vytváranie spevnenia konkrétneho miesta

Aditívny spôsob výroby (3D tlač)

Laserové naváranie otvára ďalekosiahle možnosti pri konštruovaní a individuálnej výrobe obrobkov, predovšetkým v porovnaní s generickými lisovacími formami. Pomocou navárania s prídavným materiálom je možné vytvárať úplne nové štruktúry alebo meniť tvar a štruktúru povrchu jestvujúcich obrobkov. Týmto spôsobom je možné vytvárať aj veľkoformátové obrobky, ktoré sa nezmestia do pracovného priestoru tlače 3D tlačiarne.

Opravy vykonávané laserovým naváraním (napr. v odvetví letectva a kozmonautiky)

Opravovanie

Chceli by ste viac pridanej hodnoty? Jednoducho a rýchlo opravte drahé obrobky alebo nástroje laserovým naváraním prášku. Menšie a väčšie škody je možné odstrániť rýchlo a takmer bez stopy. Možné sú aj zmeny dizajnu. Takto šetríte čas, energiu a materiál. Výhodné to je predovšetkým pri drahých materiáloch, akými sú nikel alebo titán. Typickými príkladmi aplikácií sú lopatky turbín, piesty, ventily, hriadele alebo nástroje rôzneho druhu.

Spájanie pomocou laserového navárania pre uzatváranie príliš veľkých zvarových medzier, ktoré bežne nie je možné zvárať laserom.

Spájanie pretláčaním

Laserové naváranie je vhodné aj na procesy spájania – napríklad na premostenie škár o šírke aj niekoľkých milimetrov. Takto vzniknú homogénne, tesné švy – bez nutnosti následných úprav. Vďaka koaxiálnemu prísunu prášku je táto metóda zvárania trojrozmerná a nezávislá od smeru – a Vy ste flexibilní v reťazci procesov. Laserovým naváraním môžete vzájomne spájať aj rôzne materiály, napríklad oceľ a hliníkovú zliatinu. Takto je možné zvárať napríklad batérie pre elektromotory.

Laserové naváranie (LMD) a vysoko rýchlostné laserové naváranie (HS-LMD) v činnosti

Ktoré produkty sú vhodné na laserové naváranie?

TruLaser Cell 3000

S kompaktným a vysoko presným 5-osovým laserovým strojom ostanete flexibilní: dvoj a trojrozmerné zváranie, rezanie a LMD vďaka rýchlej výmene adaptéra procesu.

K produktu

TruLaser Cell 7040

Perfektne vybavení – či už chcete obrábať dvoj alebo trojrozmerné dielce alebo rúry. Môžete flexibilne meniť medzi rezaním, zváraním a laserovým naváraním.

K produktu

Deposition Line

Otvorte nové trhy. Či už nanášanie vrstiev, opravy alebo aditívny spôsob výroby – získate individuálne riešenie pozostávajúce zo zdroja lúča, podávača prášku, optík a dýz.

K produktu

Tieto témy by mohli zaujímať aj Vás

Laserové naváranie brzdových kotúčov podľa normy Euro 7

Zistite, prečo je vysoko rýchle laserové naváranie optimálnou voľbou pri výrobe brzdových kotúčov splňujúcich požiadavky normy Euro 7 – a prečo by sa mohlo stať novým štandardom pri výrobe brzdových kotúčov.