Laserbeschichten Erfolgreicher Gipfelsturm im Projekt „EVEREST“!

Redakteur: Peter Königsreuther

Mit Elan gehe es jetzt richtig rund in Sachen nächster Arbeitsphase beim extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA) vom Fraunhofer-ILT in Aachen.

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Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA) des Fraunhofer-ILT. Hier beim Beschichten einer Heizwalze mit eisenbaseirtem Pulver mit einem Speed von 200 m/min,
Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA) des Fraunhofer-ILT. Hier beim Beschichten einer Heizwalze mit eisenbaseirtem Pulver mit einem Speed von 200 m/min,
(Bild: Fraunhofer ILT)

Im Verbundprojekt EVEREST haben Experten des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT und drei Industriepartner eine Verfahrens- und Systemtechnik zur produktiveren Reparatur und Beschichtung von Bauteilen entwickelt und erfolgreich an Heizwalzen erprobt, heißt es. Das Projekt ist mit Erfolg abgeschlossen und die Aachener beschäftigten sich jetzt damit, die neuartige Prozesskette in der Industrie zu verankern. Sie streben dabei das Ziel an, längere und größere Walzen als bisher sowie auch andere Rotationsteile mithilfe des EHLA-Verfahrens endkonturnah, prozesssicher und vor allem flott zu beschichten.

10 Jahre entwickelt, aber die Produktivität verhundertfacht!

Revolutionäre technische Entwicklungen erfordern Geduld, mit Blick auf EHLA sei es nicht anders gewesen, sagen die ForscherInnen. Das kann man wohl sagen, denn die ersten Schritte auf dem Weg zu diesem Prozess sei man schon vor fast 10 Jahren gegangen. Es wird betont, dass man damals mit rund 2 m/min beschichten konnte, was aber im Lauf der Entwicklungsjahre auf nun 200 m/min also verhundertfacht hat. Doch erst die Weiterentwicklung und Erprobung in Verbundprojekten führte langfristig zum Erfolg.

Korrosionsschutz mit Laserhilfe

Was EVEREST betrifft, so hat man mit der Lunovu GmbH aus Herzogenrath, der BCT GmbH aus Dortmund sowie der Drink & Schlössers GmbH & Co. KG aus Krefeld die optimalen Verfahrensparameter und Strategien für die Beschichtung und Reparatur sowie für die hybride Fertigung (beispielsweise von Dichtflächen) herausgearbeitet. Dieser Prozess wurde, wie schon erwähnt, auch erfolgreich in der Praxis erprobt. Und zwar an einer Heizwalze mit einer Länge von 1200 mm und einem Durchmesser von 200 mm. Per Laser beschichtet wurde dabei mit einem korrosionsbeständigen Pulver auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis, ist zu erfahren. Im Projekt wurden Schichtdicken zwischen 50 und 300 µm aufgebaut. Und das bei Prozessgeschwindigkeiten von 20 bis 200 m/min.

Mit der Kamera den Prozess im Auge behalten

Eine, wie die Experten anmerken, sehr wichtige Rolle spielte dabei die von BCT und Fraunhofer ILT entwickelte Systemtechnik für die Geometrie- und Prozesserfassung. Sie diente aber auch zur adaptiven Bahnplanung für die Laserbewegung. Die Lösung ist ein speziell entwickeltes CAM-Modul, das teilautomatisiert geometrische Abweichungen vom Sollzustand korrigieren kann, heißt es. Doch es sei nicht nur um das Schließen des Regelkreises gegangen. „Wir haben einen kamerabasierten Ansatz verfolgt, mit dem wir quasi aus der Vogelperspektive den Beschichtungsvorgang verfolgen können, um wirklich sehen zu können, wie stabil der Prozess abläuft“, erklärt Gregor Bultel, Wissenschaftler am Fraunhofer ILT. Diese Systemtechnik habe sich im Projekt sehr bewährt, deshalb suche man dafür jetzt übrigens die ersten Anwender.

Teilautomatisierte Prozesskette ist effizienter

Diese Tests wurden in Herzogenrath beim Projekt-Konsortialführer Lunovu, der auch die EHLA-Demonstrationsanlage betreute, durchgeführt. Das Unternehmen stellt Laseranlagen her und integrierte die gesamte Prozesskette in den Demonstrator, heißt es weiter. Der gesamte Arbeitsablauf vom Scannen, der Bahnplanung, über die automatische NC-Programm-Erstellung bis hin zum ebenso automatischen Reparaturprozess wurde implementiert. „Das größte Problem war es, alle beteiligten Subsysteme zu einer Prozesskette zu vereinen“, erinnert sich der Lunovo-Applikationsentwickler Andreas Bartling. Dennoch hat alles funktioniert und es konnte eine nicht nur sichere sondern zugleich auch ressourcenschonende Prozesskette mit sehr effizienter Systemtechnik geschmiedet werden, die nur wenig Personalbetreuung verlangt.

Man strebt jetzt auch die integrierte Nachbearbeitung an

Zur Projektarbeit gehörte auch, dass der weitere Handlungsbedarf erkannt wird. Zu den anstehenden Arbeitspunkten zählen für Bultel unter anderem, dass die Pulverwerkstoffe zu optimieren sind, dass auch komplexe Geometrien applizierbar werden, sowie Erhöhung der Endkonturnähe. Neue Verfahrensstrategien zu entwickeln, durch die in Schichten mit harten Werkstoffen keine Risse mehr entstehen, gehören außerdem dazu. Aber auch das Thema Prozesskette ist noch nicht zu Ende diskutiert: „Ich denke an das Verknüpfen von Prozessketten. Wir könnten den Beschichtungsprozess auch mit Nachbearbeitungsschritten kombinieren. Vielleicht sogar in ein und derselben Anlage.“

Zufriedener Pilotanwender wünscht Weiterentwicklung

Die Praxistauglichkeit der EHLA-Ergebnisse bestätigt der Kurt Beckers, Geschäftsführer des Walzenherstellers Drink & Schlössers: „Auch mit diesem neuartigen Verfahren und der eingesetzten Technik konnten die Bauteiloberflächen gut bearbeitet werden.“ Man habe die Oberflächen genauso erzeugen können, wie man es gedacht habe. Das Laserauftragschweißen mit Pulver kannte der Geschäftsführer übrigens schon. Die schnellere Variante ließ ihn natürlich aufhorchen. Nach dem zufriedenstellend verlaufenen Pilotprojekt sieht Beckers gute Chancen für den industriellen Einsatz von EHLA. Er hofft auf eine Weiterentwicklung der Verfahrenstechnik, mit der sich auch sehr große und lange Walzen mit einem Durchmesser von bis zu 3 m endkonturnah und so prozesssicher beschichten lassen.

Mit geeigneter Systemtechnik können bald auch große Walzen mit Durchmessern 3 m endkonturnah und prozesssicher per EHLA beschichtet werden, betonen die ILT-Forscher.
Mit geeigneter Systemtechnik können bald auch große Walzen mit Durchmessern 3 m endkonturnah und prozesssicher per EHLA beschichtet werden, betonen die ILT-Forscher.
(Bild: Fraunhofer-ILT)

Dieses Vorhaben wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

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