Additive Fertigung auf Dreh-Bohr-Fräszentrum integriert 07.01.2020, 00:00 Uhr

Multifunktionale Technologie

Bild 1. Der Auftragskopf besteht aus einer Düse, durch die die Metallpulverpartikel fokussiert zur Auftragsstelle transportiert werden. Aufgetragene Strukturen können ohne umspannen nachbearbeitet werden. Bild: WFL

Bild 1. Der Auftragskopf besteht aus einer Düse, durch die die Metallpulverpartikel fokussiert zur Auftragsstelle transportiert werden. Aufgetragene Strukturen können ohne umspannen nachbearbeitet werden. Bild: WFL

Die Maschinen der „Millturn“-Baureihe gelten in vielen High-Tech-Betrieben als zentrales Fertigungsmittel für die Herstellung komplexer Komponenten in hoher Präzision. Der modulare Aufbau sowie individuelle Sonder­lösungen garan­tieren die perfekte Anpassung an die jeweilige Fertigungsaufgabe. Auch die additive Fertigung lässt sich integrieren. Sowohl das Laserbeschichten, -schweißen als auch das Laserhärten wird auf den Millturns von WFL, Linz/A, möglich. Vorteilhaft ist das automatische Einwechseln des Laser­kopfes inklu­sive der Beschichtungsoptik, welcher direkt an der Dreh-Bohr-Fräseinheit über die Prismen-Schnittstelle aufgenommen wird.

Für komplexe Geometrien

Der Nutzen der additiven Fertigung in einer Millturn zeigt sich speziell bei schwierigen Geometrien, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht oder nur mit großem Aufwand herzustellen sind. Durch die fünf interpolierenden Achsen der Maschinen kann der Diodenlaser, welcher mit einer Leistung von 10 kW ausgestattet ist, über einen weiten Bereich geschwenkt werden und auch Freiformflächen bearbeiten.

Der Auftragskopf besteht aus einer Düse, durch die die Metallpulverpartikel fokussiert zur Auftragsstelle transportiert werden, Bild 1. Ein Schutzgas verhindert Oxidationsprozesse und dient als Träger- und Transportmedium. Je nach Auftragsdüse ist ein Materialauftrag bis in die Waagrechte möglich.

Bild 2. Der vom Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS in Dresden entwickelte Auftragskopf wird in der Maschine vorgehalten und kann über die Prismenwerkzeugschnittstelle aufgenommen werden. Bild: WFL

Außerdem lassen sich durch die unterschiedlichen Düsen-Geometrien und Pulverkombinationen verschiedene Effekte erzielen. Bei Gebilden, welche aus dem Werkstück herausragen, kann auf über­dimensionale Rohlinge verzichtet werden, wodurch eine Senkung von Zerspanungsraten erzielt wird. Das spart Bearbeitungszeit, senkt Werkzeugkosten und es kann ohne Umspannen mit der Zerspanung weitergehen. Der Schlüssel zu einem produktiven Arbeiten liegt im Verständnis des Gesamtprozesses, welchen WFL mit ständiger Forschung forciert und weiterent­wickelt.

Die drei Lasertechnologien im Einzelnen

Für das Laserschweißen wird ein eigener Kopf (mit einer anderen Optik) benötigt. Zum Spalt-/Tiefspaltschweißen ist eine deutlich engere Fokussierung des Laser­strahls erforderlich, um einerseits größere Schweißtiefen zu erzielen, andererseits beim Schweißen die Wärmeeinflusszone möglichst eng zu halten. Ziel ist die Entwicklung einer Alternative zu dünnen Tieflochboh­rungen.

Für das Auftragschweißen wird über eine Ringdüse unter Zuhilfenahme eines Schutzgases das Metallpulver auf einen Auftreffpunkt fokussiert, Bild 2. An dieser Stelle befindet sich auch der Fokuspunkt des Laserstrahls, wodurch ein Schmelzbad entsteht. In diesem lagert sich das aufgeschmolzene Metallpulver an und erstarrt danach. Ein genau abgestimmtes Verhältnis von Energieeintrag und Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls sowie der zugeführten Pulvermenge bestimmt die Breite und Höhe des entstehenden Materialauftrags. Der dabei eingesetzte Diodenlaser besteht aus einer Hochleistungsoptik und einer koaxialen Pulverdüse.

Der Auftrag-Laserkopf für das Schweißen kann auch direkt für das Laserhärten verwendet werden. Optional kann dazu auch eine für den Härteprozess optimierte Optik eingewechselt werden. Damit lassen sich beispielsweise Zahnflanken bei der Herstellung von Verzahnungen unmittelbar nach dem Fräsen härten.

www.wfl.at, Metav: Halle 5, Stand D27

Von WFL / Birgit Etmanski