Laser­sys­te­me ermög­li­chen neu­es EHLA-Verfahren

Der Laser­sys­tem­her­stel­ler TRUMPF über­führt das neue EHLA-Ver­fah­ren (Extre­mes Hoch­ge­schwin­dig­keits­la­ser­auf­trags­schwei­ßen) in die Seri­en­pro­duk­ti­on. EHLA beschleu­nigt das bewähr­te Laser­auf­trags­schwei­ßen erheb­lich. „Für EHLA kön­nen wir auf eine ähn­li­che Tech­nik zurück­grei­fen, die wir bereits für das bis­he­ri­ge Laser­auf­trags­schwei­ßen ein­set­zen“, erklärt Anto­nio Can­del-Ruiz, Exper­te für Laser­ober­flä­chen­ver­fah­ren bei TRUMPF in Dit­zin­gen. Das Fraun­ho­fer Insti­tut für Laser Tech­no­lo­gie (ILT) hat das EHLA-Ver­fah­ren ent­wi­ckelt und paten­tie­ren las­sen, um in ers­ter Linie bei rota­ti­ons­sym­me­tri­schen Bau­tei­len sehr schnel­le Beschich­tungs­pro­zes­se mit gerin­gen Schicht­di­cken zu ermöglichen.

Für die Beschich­tung von Metal­len ist das Laser­auf­trags­schwei­ßen seit vie­len Jah­ren ein bewähr­tes Ver­fah­ren, das qua­li­ta­tiv hoch­wer­ti­ge Ergeb­nis­se lie­fert. Mit ihm las­sen sich riss­freie Schich­ten, die nahe­zu poren­frei sein kön­nen, mit metall­ur­gi­scher Anbin­dung zum Sub­strat aus einer Viel­zahl von Werk­stof­fen her­stel­len. „Für groß­flä­chi­ge Beschich­tungs­auf­ga­ben fehl­te dem Laser bis­lang jedoch das Tem­po“, sagt Can­del-Ruiz. Zudem lag die mini­ma­le Schicht­di­cke bis­her bei rund 500 Mikro­me­tern – dün­ne­re Schich­ten waren nicht möglich.

So funk­tio­niert EHLA

Nor­ma­ler­wei­se arbei­tet das Laser­auf­trags­schwei­ßen so: Ein Laser erzeugt ein Schmelz­bad auf der Ober­flä­che eines Bau­teils und schmilzt das zeit­gleich und koaxi­al zuge­führ­te Metall­pul­ver ent­spre­chend der gewünsch­ten Form auf, das dann mit der Ober­flä­che ver­schmilzt. Nach und nach ent­steht so eine schüt­zen­de Schicht. Beim EHLA-Ver­fah­ren trifft der pul­ver­för­mi­ge Zusatz­werk­stoff bereits ober­halb des Schmelz­ba­des auf das Laser­licht, das es noch auf dem Weg zum Bau­teil bis nahe an den Schmelz­punkt erhitzt. Die Par­ti­kel schmel­zen des­halb schnel­ler im Schmelz­bad. Somit lässt sich die Ener­gie­ein­brin­gung viel effi­zi­en­ter nut­zen. Das Ergeb­nis: Wäh­rend das nor­ma­le Laser­auf­trags­schwei­ßen nur 10 bis 40 Qua­drat­zen­ti­me­ter pro Minu­te beschich­ten kann, schafft das EHLA-Ver­fah­ren Flä­chen­ra­ten von über 250 Qua­drat­zen­ti­me­tern pro Minu­te. Zudem sind jetzt weit dün­ne­re Schich­ten mit Schicht­di­cken von 10 bis 300 Mikro­me­tern mög­lich. Ein wei­te­rer Vor­teil: Für das Ver­fah­ren reicht ein viel fei­ne­rer Laser­fo­kus. Das macht den Pro­zess wesent­lich energieeffizienter.

TRUMPF trifft EHLA

Die vom Fraun­ho­fer ILT ent­wi­ckel­te neue Bear­bei­tungs­op­tik lässt sich direkt in die bestehen­den Sys­te­me von TRUMPF inte­grie­ren. „Für das Ver­fah­ren eig­nen sich sowohl unse­re Dioden- als auch Schei­ben­la­ser – je nach gewünsch­tem Laser­fo­kus“, sagt Can­del-Ruiz. Beim Dioden­la­ser ist ein Fokus von etwa einem Mil­li­me­ter, beim Schei­ben­la­ser sogar von nur cir­ca 0,2 Mil­li­me­tern mög­lich. Neben der Laser­strahl­quel­le ist zudem ent­schei­dend, dass die Maschi­ne über eine Rota­ti­ons­ach­se ver­fügt, die hohe Geschwin­dig­kei­ten ermöglicht.

Je nach Bau­teil­grö­ße hat das Unter­neh­men unter­schied­li­che Laser­ma­schi­nen, die für das EHLA-Ver­fah­ren in Fra­ge kom­men. Die Tru­La­ser Cell 3000 eig­net sich für klei­ne­re und mitt­le­re Bau­tei­le, die Maschi­nen der Tru­La­ser Cell Serie 7000 für grö­ße­re Bau­tei­le. Neben die­sen schlüs­sel­fer­ti­gen Anla­gen kön­nen Pro­du­zen­ten das EHLA-Ver­fah­ren aber auch in ihre bestehen­de Anla­ge inte­grie­ren. Das Tech­no­lo­gie­pa­ket Depo­si­ti­on­Line von TRUMPF lässt sich auch mit der vom ILT ent­wi­ckel­ten neu­en Pul­ver­zu­fuhr­dü­se ausstatten.