Bahnplanung und Prozessregelung für das koaxiale Laserdrahtauftragsschweißen
Additive Verfahren bieten die Möglichkeit einer endkonturnahen Herstellung von Bauteilen mit lokal angepassten mechanischen Eigenschaften, die durch nachgelagerte Prozessschritte optimiert werden können. Dies führt zu einer doppelten Ressourcenschonung, einerseits durch eine Minimierung des Rohstoffeinsatzes für die Bauteilherstellung und andererseits durch die belastungsgerechte Bauteilfunktion.
Das Laserauftragsschweißen mit Draht ist eine Technologie aus dem 3D-Druck zur Fertigung von Bauteilen aus verschiedenen Metallen. Diese neue Technologie hat im Gegensatz zu anderen additiven Laserverfahren den Vorteil, dass das metallische Halbzeug in Drahtform zugeführt wird. Dadurch ist der Prozess deutlich günstiger und leichter zu handhaben als pulverbasierte Verfahren. Im Gegensatz zu anderen drahtbasierten Prozessen wird hier der Metalldraht koaxial zum Laserstrahl in das Schmelzbad gefördert, was entscheidende Vorteile hinsichtlich Richtungsunabhängigkeit und Kollisionsvermeidung mit sich bringt.
In diesem Projekt wurde das Ziel verfolgt, die komplette Bearbeitung eines additiv gefertigten, funktionsintegrierten Bauteils zu optimieren, um endkonturoptimierte Bauteile wirtschaftlich und ressourceneffizient fertigen zu können. Dazu wurde am innovativen koaxialen Laserdrahtauftragschweißen gearbeitet.
Eine hohe Zuverlässigkeit schon beim ersten Bauteil kann bei den etablierten Bahnplanungsverfahren nicht erreicht werden, da das komplexe Zusammenspiel vom Schmelzbad mit seiner Umgebung nicht mit vertretbarem Aufwand vorausberechnet werden kann. Gleichzeitig wird die Produktivität durch die Auftragsrate begrenzt, die durch die physikalischen beschränkte Wärmeleitfähigkeit der Metalle und somit dem beschränkten Wärmeübergang aus dem mit dem Laser erzeugten Schmelzbad in den Draht vorgegeben ist. Ziel dieses Projekts war es, diese Einschränkungen anzugehen und die Anwendbarkeit und die Produktivität des Prozesses zu steigern.
Mehr als 300 additive Drucker in einer einzigen Fabrik: Mit dem Aufbau der weltweit größten Additive-Manufacturing-Produktion erzielte das mittelständische Unternehmen Precitec aus Gaggenau einen Umsatz in zweistelliger Millionenhöhe. Basis für diesen Erfolg sind die Arbeiten am InnovationsCampus Mobilität der Zukunft. Hier wurden die Verfahrensgrundlagen erforscht und innerhalb kürzester Zeit durch eine Forschungspartnerschaft zwischen dem Institut für Strahlwerkzeuge an der Universität Stuttgart und Precitec zur Industriereife gebracht. Die dabei entstandene Technologie ist nicht nur wirtschaftlicher, nachhaltiger und leistungsfähiger, sie erschließt für den Mittelständler auch neue Geschäftsfelder und schafft Arbeitsplätze.