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.
