In Zeiten immer kürzer werdender Produktlebenszyklen und zunehmend komplexer und individualisierter Bauteile können generative Verfahren Unternehmen helfen, neue und innovative Produkte schneller zu fertigen. Generative Fertigungsverfahren ermöglichen die Herstellung komplexer Geometrien und Werkstücke. Die einmalige Technologiekombination von Laserauftragsschweißen mittels Pulverdüse und Fräsen ermöglicht dem Anwender völlig neue Applikations- und Geometriemöglichkeiten. SAUER LASERTEC offeriert mit der LASERTEC 65 3D jetzt eine Hybridlösung für das kombinierte Laserauftragsschweißen und 5-Achs-Fräsen. Bei dem Verfahren wird ein Auftragsprozess mittels Metallpulverdüse umgesetzt, der bis zu 20-mal schneller ist als das Generieren im Pulverbett.
Der Markt für additive Verfahren ist in der Vergangenheit rasant gewachsen. Bisher waren die Verfahren jedoch auf die Herstellung von Prototypen und Kleinteilen beschränkt, die sonst mit keinem anderen herkömmlichen Verfahren gefertigt werden konnten. Mit der Kombination beider Verfahren, der additiven sowie der spanenden Bearbeitung auf einer Maschine, ergänzt und erweitert die additive Technologie die traditionellen Bearbeitungsmethoden.
Die LASERTEC 65 3D ist für die generative Fertigung mit einem 2 kW-Diodenlaser für das Laserauftragsschweißen ausgerüstet, wobei die vollwertige 5-Achs-Fräsmaschine von DECKEL MAHO in stabiler monoBLOCK® - Bauweise auch hochpräzise Fräsoperationen ermöglicht. „Die LASERTEC 65 3D eignet sich aufgrund des vollautomatischen Wechsels zwischen Fräs- und Laserbetrieb für die Komplettbearbeitung komplexer Bauteile mit Hinterschnitt, aber auch für Reparaturarbeiten sowie das Aufbringen von partiellen oder kompletten Beschichtungen für den Formen- und Maschinenbau oder auch die Medizintechnik“, erläutert Friedemann Lell, Vertriebsleiter SAUER LASERTEC, in Pfronten.
Große Bauteile generativ fertigen
Im Gegensatz zum Laserschmelzen im Pulverbett erlaubt das Laserauftragsschweißen per Metallpulverdüse die Herstellung großer Teile. Mit einer Baurate von bis zu 3,5 kg/h ist dieser Prozess ca. 10-mal schneller als das Lasergenerieren von Teilen im Pulverbett. Die Kombination mit der Fräsbearbeitung ermöglicht völlig neue Anwendungen. Das Bauteil kann in mehreren Stufen aufgebaut werden, wobei zwischen dem Auftragsschweißen gefräst werden kann, um auch Stellen auf Endgenauigkeit zu bearbeiten, die beim fertigen Bauteil aufgrund der Bauteilgeometrie vom Fräser nicht mehr erreicht werden können.
Die Hybrid-Maschine kombiniert die Vorteile des Fräsens, wie zum Beispiel hohe Präzision und Oberflächengüten, mit der Flexibilität und der hohen Aufbaurate des Pulver-Auftragschweißens. „Bei Integralbauteilen, wo heute mittels Fräsbearbeitung 95 % Material zerspant wird, wird mit additiven Verfahren nur dort Material aufgebaut, wo es benötigt wird. Damit reduziert sich der Materialverlust auf 5 %. Das führt zu signifikanten Rohmaterial- und Kosteneinsparungen“, erklärt Friedemann Lell.
Der Laser wird samt Pulverauftragskopf in die HSK Werkzeugaufnahme der Frässpindel eingewechselt. Er kann automatisch in einer gesicherten Dockingstation geparkt werden, solange die Fräsoperationen auf der Maschine ausgeführt werden.
Gesteuert wird die Maschine über eine 19“ ERGOline® mit Operate 4.5 auf SIEMENS 840D solutionline Die Steuerung für den Laserprozess ist in einem separaten Schaltschrank untergebracht, was die Integration dieses Systems in andere DMG MORI Maschinen erleichtert.
Herstellung von 3D Konturen
Mittels Diodenlasers wird das Metallpulver schichtweise auf ein Basismaterial aufgetragen und ebenso poren- wie rissfrei mit diesem verschmolzen. Dabei geht das Metallpulver eine hochfeste Schweißverbindung mit der Oberfläche ein. Ein koaxiales Schutzgas verhindert die Oxidation während des Aufbauprozesses. Nach dem Erkalten entsteht eine Metallschicht, die mechanisch bearbeitet werden kann.
Weil das Laserauftragsschweißen als einzelne Technologie längst bewährt ist, lässt es sich ideal in die qualitativ hochwertigen CNC Maschinen von DMG MORI integrieren. „Die Kombination von spanenden und additiven Verfahren wird in Zukunft noch an Bedeutung gewinnen, denn sie eröffnet dem Anwender viele neue Möglichkeiten und Vorteile“, so Lell.
Eine Stärke dieses Verfahrens ist die Möglichkeit, Schichten verschiedener Materialien sukzessive aufzubauen. Momentan wird mit zwei Optiken gearbeitet mit Spurbreiten von 1,6 mm oder 3mm. Auch können komplexe 3D-Konturen ohne Stützgeometrie schichtweise generiert werden.
Die einzelnen Schichten können anschließend präzise spanend bearbeitet werden, bevor die Stellen aufgrund der Geometrie des Bauteils nicht mehr für einen Fräser oder andere Werkzeuge zugänglich wären. Die Kombination beider Verfahren macht Sinn für Instandsetzungsarbeiten und die Herstellung von Werkzeugen und Formen. Sie bietet jedoch auch viele interessante Optionen für Leichtbau-Komponenten, Prototypen oder Kleinserien – insbesondere im Bereich der Herstellung großer Teile, wo andere additive Herstellungsverfahren aufgrund des begrenzten Bauraums nicht angewendet werden können.
Kostengünstige Lösung
Große Maschinen, wie sie für die Bearbeitung sperriger Bauteile im Energie- oder Aerospacebereich gebraucht werden, sind tendenziell teuer. Reduziert man daher das Schruppen, Auftragen und Schlichten auf eine einzige Maschine, so stellt dies eine finanziell vorteilhafte Lösung für den Kunden dar.
In der Energie- und Ölindustrie müssen Bauteile außerdem oft mit korrosionsfesten Legierungen zum Verschleißschutz beschichtet werden. Das Auftragsschweißen bietet Schutz für Produkte wie Rohre, Armaturen, Flansche und Spezialanfertigungen, die in aggressiven Umgebungen eingesetzt werden. Mit einer Hybrid-Maschine kann das Bearbeiten des Grundwerkstoffs, das Beschichten sowie die Endbearbeitung auf einer Maschine erfolgen. Kosteneinsparungen und Reduzierung der Durchlaufzeiten sind die Folge.
Highlights LASERTEC 65 3D
- Einzigartige Kombination aus Laserauftragen und Fräsen ermöglicht beste Oberflächen sowie Bauteilpräzision
- Laserauftragsschweißen mit Pulverdüse: 10 × schneller als Pulverbett-Verfahren
- Umsetzbarkeit auch von kompletten Bauteilen
- Viele 3D-Geometrien auch mit Hinterschneidungen ohne Stützkonstruktion realisierbar
- Reparatur von Turbinenkomponenten sowie im Werkzeug- / Formenbau
- Aufbringen von Verschleißschichten
- Komplettbearbeitung mit vollautomatischem Wechsel zwischen Fräs- und Laserbetrieb
- Großer Arbeitsraum für Werkstücke bis Ø 500 mm, 360 mm Höhe und max. 1.000 kg
- Zugänglichkeit und Ergonomie: Türöffnung 1.430 mm, optimale Zugänglichkeit von vorne
- Geringer Platzbedarf mit 7,5 m2 Aufstellfläche
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