WFL integriert Additive Fertigung auf Dreh-Bohr-Fräszentrum 27.01.2020, 15:37 Uhr

Multifunktionale Technologie

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 des österreichischen Maschinenbauers WFL garantieren die perfekte Anpassung an die jeweilige Fertigungsaufgabe.

Der Auftragskopf im Einsatz auf einer Millturn-Maschine: Aufgetragene Strukturen können nachbearbeitet werden, ohne dass das Werkstück umgespannt werden muss. Bild: WFL

Der Auftragskopf im Einsatz auf einer Millturn-Maschine: Aufgetragene Strukturen können nachbearbeitet werden, ohne dass das Werkstück umgespannt werden muss. Bild: WFL

Auch die Additive Fertigung (Additive Manufacturing – AM­ ) lässt sich in die WFL-Maschinen erfolgreich integrieren. AM etabliert sich zunehmend als wegweisendes Verfahren für den industriellen Einsatz. Sowohl die Verfahren  Laserbeschichten, -schweißen als auch das Laserhärten wird auf den Millturns von WFL, Linz/A, jetzt möglich. Vorteilhaft und zeitsparend für den Anwender ist das automatische Einwechseln des Laserkopfes inklusive der Beschichtungsoptik. Der Kopf wird direkt an der Dreh-Bohr-Fräseinheit über die Prismen-Schnittstelle aufgenommen. Der genutzte Diodenlaser hat eine Leistung von 10 kW.

Additive Fertigung macht komplexe Geometrien möglich

Der Nutzen der additiven Fertigung in einer Millturn zeigt sich speziell bei schwierigen Geometrien. Diese sind mit konventionellen zerspanenden Fertigungsverfahren nicht oder nur mit großem Aufwand herzustellen. Die Millturn bietet den großen Vorteil, fünf interpolierende Achsen zur Verfügung zu stellen. Damit kann der Diodenlaser über einen weiten Bereich geschwenkt werden. Auch die Bearbeitung von Freiformflächen wird möglich.

Aufbau des Auftragskopfes für die Millturn

Der Auftragskopf besteht aus einer Düse, durch die die Metallpulverpartikel fokussiert zur Auftragsstelle transportiert werden, Bild 1. Ein Schutzgas dient als Träger- und Transportmedium. Es verhindert auch, dass während des Auftragsprozesses Oxidationsprozesse mit der umgebenden Atmosphäre stattfinden. Je nach der gewählten Auftragsdüse ist ein Materialauftrag bis in die Waagrechte möglich. Außerdem lassen sich durch die unterschiedlichen Düsen-Geometrien und Kombinationen an Pulvern verschiedene Effekte erzielen.

Sind Geometrien gefragt, bei denen Strukturen aus dem Werkstück herausragen, kann nun auf überdimensionale Rohlinge verzichtet werden. Dadurch werden die Zerspanungsraten gesenkt. Das spart Bearbeitungszeit, verringert die Werkzeugkosten die Zerspanung kann ohne Umspannen weiterlaufen. Die Präzision wird verbessert. Die Senkung der Zerspanungsraten ist vor allem auch unter ökologischen Gesichtspunkten sinnvoll.

Der Schlüssel zu einem produktiven Arbeiten liegt im Verständnis des Gesamtprozesses, den die Firma WFL mit ständiger Forschung forciert und weiterentwickelt. Hierfür arbeitet der Maschinenbauer auch mit Hochschulinstituten zusammen, unter anderem mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden. Das Institut steht seit Langem für Innovationen in der Laser- und Oberflächentechnik. Als Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. bietet das IWS Lösungen „aus einer Hand“ – von der Entwicklung neuer Verfahren über die Integration in die Fertigung bis hin zur anwendungsorientierten Unterstützung. Zu den Geschäftsfeldern gehören PVD- und Nanotechnik, Chemische Oberflächen- und Reaktionstechnik, Thermische Oberflächentechnik, Generieren und Drucken, Fügen, Laserabtragen und -trennen sowie Mikrotechnik. Das Kompetenzfeld Werkstoffcharakterisierung und -prüfung unterstützt die Forschungsaktivitäten.

Die drei auf der Millturn verfügbaren Lasertechnologien

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 Energie-Eintrag 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.

Für das Laserschweißen wird im Vergleich zum Laserbeschichten ein eigener Kopf (mit einer anderen Optik) benötigt. Denn zum Spalt-/Tiefspaltschweißen ist eine deutlich engere Fokussierung des Laserstrahls erforderlich. Damit lassen sich dann einerseits größere Schweißtiefen erzielen, andererseits wird beim Schweißen die Wärmeeinflusszone möglichst eng  gehalten. Ziel ist die Entwicklung einer Alternative zu dünnen Tieflochbohrungen.

Der Auftrag-Laserkopf, der für das Schweißen zum Einsatz kommt, kann auch direkt für das dritte Verfahren, das Laserhärten, verwendet werden. Optional lässt sich dazu auch eine für den Härteprozess optimierte Optik einwechseln. Damit können beispielsweise Zahnflanken, die bei der Herstellung von Verzahnungen entstehen, unmittelbar nach dem Fräsen gehärtet werden. Auf diese Weise lassen sich viele, sonst getrennt ablaufende Arbeitsprozesse auf ein und derselben Werkzeugmaschine zusammenfassen.

Aufbau des Auftragskopfes, der vom Fraunhofer IWS in Dresden entwickelt wurde: Der Kopf wird in der Millturn bereits vorgehalten und kann über die Prismen-Werkzeugschnittstelle schnell aufgenommen und eingewechselt werden. Bild: WFL

Aufbau des Auftragskopfes, der vom Fraunhofer IWS in Dresden entwickelt wurde: Der Kopf wird in der Millturn bereits vorgehalten und kann über die Prismen-Werkzeugschnittstelle schnell aufgenommen und eingewechselt werden. Bild: WFL

www.wfl.at

 

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