Additive Fertigung

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Was ist Laserauftragsschweißen?

Für das DMD-Verfahren (Direct Metal Deposition) wird Metallpulver (50 µm bis 150 µm) oder Draht in einen Laserstrahl eingebracht, dort aufgeschmolzen und schichtweise aufgetragen. Die Schichtdicken liegen bei bis zu 2 mm. Das Verfahren eignet sich auch sehr gut zur Reparatur komplexer und teurer Bauteile, z. B. in der Luft- und Raumfahrt. Beim DMD-Verfahren besteht die Möglichkeit, durch den einfachen Wechsel des Zuführtanks oder der Drahtspule, Bauteile aus verschiedenen Pulvermaterialien herzustellen (Multimaterial-Bauteile). Je nach Anforderung können damit unterschiedliche Bereiche desselben Bauteils mit angepassten Materialeigenschaften versehen werden, zum Beispiel mit verschleißfesten Oberflächen, zähen Volumeneigenschaften und korrosionsbeständigen Kanälen.

Im Vergleich zum Laserstrahlschmelzen im Pulverbett ist das DMD-Verfahren in der Lage, bis zu 10-mal schneller zu arbeiten und größere Bauteile zu erzeugen. Feinste Gitterstrukturen oder Bauteildetails können mit diesem Verfahren allerdings nicht umgesetzt werden – das zeigt sich bereits bei dem zum Einsatz kommenden metallischen DIRECT METAL DEPOSITION (DMD) Pulver, dessen ideale Partikelgröße mit 50 µm bis 150 µm mehr als drei Mal größer ist als beim Laserstrahlschmelzen. In der Produktionspraxis kann das DMD-Verfahren mit klassischen abtragenden Prozessen wie Fräsen oder Drehen kombiniert werden. Sogenannte Hybridmaschinen erlauben einerseits die Herstellung komplexer Bauteile mithilfe von Additive Manufacturing, können andererseits im selben Setup aber auch präziseste Fräsaufträge übernehmen.

Warum Laserauftragschweißen?

Beim Laserauftragsschweißen können neue Bauteile aufgebaut werden und bestehende Geometrien verändert werden. Dadurch können nicht nur geometrische Abänderungen erfolgen, auch die Eigenschaft der Oberfläche kann nachhaltig verändert werden. Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Warmfestigkeit können erhöht werden, Verschleiß kann gleichzeitig vermindert werden. Diese Funktionsschichten können gezielt (partiell oder flächendeckend) auf kostengünstige Grundwerkstoffe aufgetragen werden, wobei ein nahezu porenfreies Ergebnis entsteht. Beliebte Anwendungsfälle sind Warm- und Kaltumformung, Schmiede- und Tiefziehwerkzeuge.

Anforderungen an den Beschichtungswerkstoff beim Auftragschweißen:

• abrasive Verschleißbeständigkeit
• Korrosion-/Oxydbeständigkeit (auch bei hohen Temperaturen)
• niedriger Reibwert bzw. hohe Gleitreibung
• Wärmeleitfähigkeit
• Erosionsbeständigkeit
• mechanische Bearbeitung/Schweißbarkeit
• Zähigkeit
• geringe Rissneigung/Porosität

Anwendungsbereiche und Materialien

Bezüglich genauerer Informationen zu unseren Materialien und Anwendungen würden wir uns freuen, wenn Sie mit uns Kontakt aufnehmen würden.

Aufbau neuer Geometrien unter Anwendung von Aluminiumlegierungen

Das Leichtmetall Aluminium gewinnt in der heutigen Zeit immer mehr an Bedeutung. Aufgrund des Ressourcenmangels spielen leichte, hochfeste und isotrope Werkstoffe eine immer größer werdende Rolle. Aluminium ist somit in diversen Industrien wie der Luft & Raumfahrt, der Automobilindustrie und des Maschinenbaus nicht mehr weg zu denken.

Unterschiede zu Stahl, wie beispielsweise der geringere Schmelzpunkt, der höhere Reflexionsgrad, die höhere Wärmeleitung und der höhere Ausdehnungskoeffizient aber auch das große Delta zwischen den Schmelzpunkten – Oxidschicht und Aluminium – fordern dem Schweißprozess einiges ab. Die hohen Qualitäts-anforderungen der Industrien können nur noch hochpräzise, hochenergetische und automatisierte Prozesse, wie beispielsweise das Laserpulver-auftragschweißen erfüllen.

Problemstellung bei Laserpulverauftragschweißen von Aluminium

Die hohe Affinität des Aluminiums zu Sauerstoff führt zur Bildung einer dünnen Oxidschicht an der Oberfläche. Der Schmelzpunkt der Oxidschicht liegt oberhalb von 1900°C und ist somit mehr als das Dreifache höher als bei Aluminium. Diese Oxidschicht stört den Schweißprozess immens und führt zu Bindefehlern. Weiterhin wird beim Erstarrungsprozess von Aluminium Wasserstoff ausgeschieden, welcher zu einer erhöhten Porenbildung führen kann.

Unsere Lösung

Die voestalpine eifeler Lasertechnik GmbH hat das Laserauftragschweißen dahingehend entwickelt, dass sie in der Lage ist Komponenten mit bspw. dem Pulverwerkstoff AlSi10Mg generativ zu modifizieren oder die Verschleißbeständigkeit von Aluminiumwerkstoffen durch den Einsatz div. Materialien zu vergrößern. Die Einsatzgebiete von Aluminiumwerkstoffen konnten somit deutlich erhöht werden.

Das Ergebnis des Prozesses

• Nahezu porenfrei – < 94 – 99 % Dichte
• Porengröße < 30 μ
• Konturnaher Aufbau
• Hohe Flexibilität durch automatisierten Prozess

Kontakt

Link

Frau Anna Mad  
Business Development Manager
3D Printing, Coating &  Components
T +43 664 615 6016
anna.mad@voestalpine.com