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Skalierbare Laserleistung für optimalen Materialauftrag

: Rofin


Auch in der Reparatur hochwertiger Bauteile und Werkzeuge spielt die Additive Fertigung eine immer größere Rolle. Sei es um Verschleißschutzschichten aufzubringen oder zusätzliche Geometrien anzubringen. Als Spezialist für Laserauftragsschweißen setzt Riwalas dazu Diodenlaser von Rofin ein.

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Auftragen einer Schutzschicht (3D-Form) am Beispiel eines Fräskopfes für Holzarbeiten.

Auftragen einer Schutzschicht (3D-Form) am Beispiel eines Fräskopfes für Holzarbeiten.

Die Stuttgarter Firma Riwalas Ltd. wurde im Jahr 2005 gegründet und zählt heute zu den Spezialisten für die Laseroberflächentechnik. Der Schwerpunkt der Firma ist, Methoden der Laseroberflächenbehandlung als Dienstleistung anzubieten und Industrieunternehmen bei der Umsetzung solcher Verfahren zu unterstützen. Dabei umfasst die Laseroberflächenbehandlung das Auftragsschweißen, das Härten, das Legieren und Dispergieren. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt jedoch auf dem Laserauftragsschweißen, vor allem für die Reparatur hochwertiger Werkstücke und für den Verschleißschutz.

Optimale Strahleigenschaften

Riwalas setzt für dieses Einsatzfeld einen Diodenlaser ein, der mit seiner hohen Leistung und seinen Strahleigenschaften das ideale Werkzeug für Beschichtungsaufgaben ist, da große Bereiche gleichzeitig mit einem homogenen Brennfleck bearbeitet können. In Kombination mit einer Pulver- oder Drahtzufuhr ermöglicht dies beispielsweise die Beschichtung mit einer oder mehreren Lagen Metall zur Herstellung verschleißfester Schichten. Darüber hinaus kann das System für Reparaturschweißarbeiten an Werkzeugen verwendet werden. So lässt sich beispielsweise auch ein empfindliches Bauteil durch Aufbringen dünner Schichten mit extremer Härte geradezu unverletzlich machen oder es können die Konturen beschädigter Bauteile präzise wiederhergestellt werden.

Exakte Materialabstimmung möglich

Das aufgeschweißte Material kann dabei in Bezug auf Härte und mechanische Eigenschaften genau auf die spezifische Beanspruchung abgestimmt werden. Die Einflussparameter sind dabei so vielfältig wie die Möglichkeiten,
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Der Schichtauftrag erfolgt CNC-gesteuert und ermöglicht so eine exakte Definition von Schichtdicke und Geometrie.

Der Schichtauftrag erfolgt CNC-gesteuert und ermöglicht so eine exakte Definition...

die dieses Verfahren bietet. So kommen verschiedenartigste Pulvermaterialien wie z. B. Ni, Co, Cu, Al, Fe, Ti zum Einsatz, aber auch Carbide basierend auf W, Ti, Si oder Vd. Dadurch können die Eigenschaften der aufgebrachten Schicht optimal an den Einsatzbereich angepasst werden. Je höher dann die Leistung des Lasers ist, desto breitere Spuren sind in der Beschichtung möglich. So lassen sich mit einem 3 kW Laser etwa 4 mm breite Spuren bei Geschwindigkeiten von ca. 1,2 m/min realisieren, während mit einem 6 kW Laser 7 bis 8 mm Spurbreiten möglich sind. Als gute Faustregel für die Dicke der aufgebrachten Schicht kann etwa die Hälfte der Spurbreite zugrunde gelegt werden.

CNC-gesteuert und reproduzierbar

Der wichtigste Vorteil des Laserauftragsschweißens bzw. Laserbeschichtens liegt darin, dass aufgrund des präzisen Lasers sehr fein gearbeitet werden kann. Dabei werden die Spuren CNC-gesteuert aufgeschweißt, sodass die Reproduzierbarkeit sehr hoch ist und auch größere Volumina schnell aufgeschweißt werden können. Der Schweißprozess sorgt für eine dauerhafte Verbindung von Grund- und Zusatzmaterial. Gleichzeitig ist die Wärmeeinbringung so gering, dass weitgehende Verzugsfreiheit gegeben ist.

Riwalas verfügt im Bereich der Laseroberflächentechnik inzwischen über einen großen Erfahrungsschatz und setzt seit einem guten halben Jahr den neuen 6 kW Diodenlaser von Rofin für die verschiedenen Oberflächenaufgaben ein. Dr. Jens Walter, Geschäftsführer von Riwalas, erklärt dazu: „Eine große Bandbreite an Beschichtungsaufgaben erfordert eine hohe Flexibilität – gerade im Bereich der Lohnfertigung. In diesem Punkt
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Der Laserauftragskopf von Riwalas bietet hohe Materialauftragsraten bei gleichmäßigem Gefüge mit teilweise über 90 % Materialausbeute.

Der Laserauftragskopf von Riwalas bietet hohe Materialauftragsraten bei gleichmäßigem...

haben wir mit dem Diodenlaser bislang durchweg gute Erfahrungen gemacht. Wir erzielen homogene Ergebnisse und erreichen mit diesem Lasertyp ein gleichmäßigeres Auftragen als mit alternativen Lasertechnologien zuvor.“

Haupteinsatzgebiet des Diodenlasers ist bei Riwalas der Auftrag von Verschleißschutzschichten (und Härteanwendungen). Darüber hinaus wird in Zusammenarbeit mit den Kunden der Auftragsschweißprozess optimiert. So wird z. B. alternativ das Aufschweißen mit Draht untersucht sowie die Möglichkeit, die hohen Laserleistungen mit einer Flachstrahldüse effizienter einzusetzen.

Flexibilität durch skalierbare Laserleistung

Der Laserhersteller Rofin hat im Juni 2015 eine neue Serie fasergekoppelter Multi-kW-Diodenlaser mit Leistungen bis zu 6 kW Ausgangsleistung vorgestellt und damit sein Produktprogramm um ein ideales Werkzeug für alle industriellen Herausforderungen im Bereich der Oberflächenbearbeitung erweitert. Mit Dilas, dem Diodenspezialisten im Unternehmensverbund, und eigener umfassender Erfahrung in der Materialbearbeitung lag es nahe dieses Wissen zu bündeln und die neue DF-Serie auf den Markt zu bringen.

Der bei weitem effizienteste Weg ist die direkte Umwandlung von elektrischer Leistung in Laserlicht. Der Diodenlaser von Rofin besteht aus mehreren Diodenlaser-Modulen mit je 1 kW optischer Ausgangsleistung, welche kombiniert in den Kern einer Multimodefaser eingekoppelt werden. Jedes Modul wird einzeln überwacht und kann, falls nötig, direkt vor Ort ausgetauscht werden. Zudem ermöglicht
der modulare Aufbau eine einfache Skalierung der Leistung, hohe Verfügbarkeit und einfache Wartung. Der kompakte und einfach zu integrierende Laser ist mit einer Vielzahl an Optionen verfügbar und erlaubt dadurch höchste Flexibilität und hohe Produktionsraten in industriellen Fertigungslinien.

Durch die räumliche Überlagerung der Strahlen der Dioden-Module entsteht eine Strahlfläche, die insbesondere für Oberflächenanwendungen ideal ist und nicht durch eine Optik nachträglich aufgeweitet werden muss. In Kombination mit der emittierten Wellenlänge im Bereich von 1 µm erzielen Diodenlaser in vielen Werkstoffen eine hohe Absorption und liefern somit beste Bearbeitungsergebnisse.

Ausblick

Das Laserauftragsschweißen bietet eine Fülle an Einsatzmöglichkeiten in der gesamten Industrie, wie z. B. die Verlängerung der Lebensdauer von teuren Bauteilen oder Werkzeugen. Mit keinem anderen Verfahren lassen sich metallische Oberflächen so zielgenau modifizieren wie mit dem Laser. Der Diodenlaser ist mit seinen geringeren Investitionskosten im Vergleich zu anderen Hochleistungslasern und seiner hohe Effizienz (> 40 %) das Werkzeug der Wahl und wird dem Laserauftragsschweißen zukünftig noch einen breiteren Marktzugang ermöglichen.

Auftragen einer Schutzschicht (3D-Form) am Beispiel eines Fräskopfes für Holzarbeiten.
Der Schichtauftrag erfolgt CNC-gesteuert und ermöglicht so eine exakte Definition von Schichtdicke und Geometrie.
Der Laserauftragskopf von Riwalas bietet hohe Materialauftragsraten bei gleichmäßigem Gefüge mit teilweise über 90 % Materialausbeute.
Rofin DF 060 HP mit 6 kW Ausgangsleistung. Durch räumliche Strahlüberlagerung mehrerer Lasermodule kann die Leistung optimal abgestimmt werden. (Bild: Rofin)


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Laser Metal Deposition (LMD)

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In diesem Jahr geht die Zusatzausbildung Lehrgang Fachingenieur Additive Fertigung VDI in die zweite Runde. Als einer der ersten Absolventen des Lehrganges erzählt Peter Glökler, Geschäftsführer der Freyer GmbH & Co. KG, von seinen Erfahrungen und welchen konkreten Nutzen er und sein Unternehmen aus der Ausbildung ziehen kann. Das Gespräch führte Georg Schöpf, x-technik
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