Kompaktschweißzelle Kuka flexibleCube laser: Bei der Zellen-Variante mit der herstellereigenen MWO-I-Powder-Optik zum Auftragsschweißen führt ein Roboter das Bauteil unter einer stationären Optik. (Bild: Kuka)
Das Laserauftragsschweißen mittels pulverförmiger Metallwerkstoffe wie Stahl, Aluminium oder Titan ist eine probate Methode, um Werkstücke aller Art – beispielsweise Formen und Werkzeuge – zu reparieren oder zu optimieren. Die Möglichkeiten des Verfahrens sind damit jedoch nicht ausgereizt: Mithilfe von Pulver und Laserlicht können auch große, mehrlagige Flächen zur Herstellung von Bauteilen erzeugt werden. Bei dieser Form der additiven Fertigung generiert der Laser miteinander verbundene Schweißraupen und baut so auf Basis eines 3D-Modells ein qualitativ hochwertiges Werkstück auf.
Eine weitere Form der additiven Fertigung ist das pulverbettbasierte Laserschmelzen. Dabei baut der Laser das Bauteil entsprechend einem CAD-Modell
punktgenau Schicht um Schicht aus einem Bett aus Metallpulver heraus auf. So lassen sich aufwendige Formen und anspruchsvolle Teile wie stabile Leichtbaustrukturen schnell, flexibel und wirtschaftlich herstellen.
Mithilfe der beiden Verfahren können geometrisch komplexe Objekte – beispielsweise mit Innenkanälen und Hohlräumen – erzeugt werden, die mit
Beim pulverbettbasierten Laserschmelzen baut der Laser die gewünschte Teileform schichtweise in einem Pulverbett auf.
Bild: Trumpf
herkömmlichen Methoden nicht zu realisieren wären. Ein großer Vorteil ist dabei die Formfreiheit im Design. Die additiven Verfahren können ihre Vorteile bisher vor allem bei der Fertigung von Prototypen, Unikaten und Kleinserien ausspielen. Dies machten die entsprechenden Neuheiten deutlich, die im Rahmen der Lasertechnik-Messe Lasys in Stuttgart vorgestellt wurden.
Auf einen Blick
Laserdrehen von GFH
Die GFH GmbH hat das Einsatzspektrum ihrer Lasermaschinen jetzt um eine weitere Technik ergänzt, und zwar das Laserdrehen. Hierzu erzeugt ein Ultrakurzpulslaser (UKP) mithilfe einer speziellen Trepanier-Optik einen gleichmäßigen bis zu 25 µm schmalen Laserspot, der an das rotierende Werkstück geführt wird und es in die gewünschte Form bringt. Dabei wirken weder mechanische Kräfte noch relevante thermische Einflüsse auf das Material ein. So lassen sich selbst Teile mit dem Durchmesser eines Haares und einer Oberflächenrauigkeit von Ra < 0,1 µm fertigen.
Kompakte Pulverdüse
In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut hat OR Laser für ihre diodengepumpten Lasersysteme der Diodeline-Serie eine hocheffiziente, kompakte und leicht installierbare Pulverdüse
Das diodengepumpte Lasersystem Lasercab Diodeline mit spezieller Pulverdüse, mit der sich Draht- und Pulverauftragsschweißen kombinieren lassen.
Bild: OR Laser
entwickelt. „Sie erlaubt als erstes derartiges System die Kombination von Draht- und Pulverauftragsschweißen“, erläutert Geschäftsführer Yhushua Resnik. „Die koaxiale Anordnung von Pulverdüse und Laser ermöglicht einen von der Schweißrichtung unabhängigen Materialauftrag – auch in 3D – und sorgt für eine hohe Prozessstabilität.“ Die koaxiale Zuführung von Metallpulver macht die Volumenbildung am Werkstück flexibel: Das Teil kann in jede Raumrichtung wachsen. „Ob mit kleiner mobiler Anlage, geschlossenem Lasersystem oder Robolaser – die nachrüstbare Pulverdüse erzielt auch bei hochkomplexen Formen optimale Ergebnisse“, betont Resnik. „Und diese lassen sich dank unserer maßgeschneiderten Softwarelösung Orlas Suite ganz leicht programmieren.“
Ein Highlight am Stand des Robotik-Spezialisten Kuka war die neue Kompaktschweißzelle Kuka flexibleCube laser.
Mit dieser Software präsentiert OR Laser eine neue und nach eigenen Angaben bislang unerreichte CAD-/CAM-Umgebung für fast alle Verfahren der Laserbearbeitung, inklusive Markieren, Gravieren, Schneiden, Schweißen sowie additiver Verfahren mit Pulver. In der Datenbank von Orlas Suite
Durch eine ausgeklügelte Geometrie ließ sich in den mittels pulverbettbasiertem Laserschmelzen erzeugten Flachsauger ein ESD-Ionisator integrieren. Dieser reduziert die elektrostatische Ladung und verhindert so, dass Staub auf den zu reinigenden Computerchips anhaftet.
Bild: IRPD
sind Bearbeitungsstrategien für die gängigsten Materialien hinterlegt. Die Software verbindet die Funktionalität diverser anderer Softwarelösungen und soll sich somit als erste dem Industriestandard 4.0 nähern.
Kompaktschweißzelle
Ein Highlight am Stand des Robotik-Spezialisten Kuka war die neue Kompaktschweißzelle Kuka flexibleCube laser. Die laut Hersteller bedienfreundliche Plug-and-play-Anlage ist aufgrund ihrer kompakten Bauweise flexibel einsetzbar. „Die Zelle ist ideal für ein dynamisches Produktionsumfeld“, sagt Siegfried Heißler, Divisionsleiter/Vice President Arclas. „Sie kann sehr rasch auf- und umgerüstet sowie verlagert werden.“ Das Besondere sei die stationäre Optik zum Laser-Pulverauftragsschweißen sowie der Roboter für das Bauteilhandling. Die flexible Konzeption des offenen Systems ermöglicht eine Vielzahl an Laserprozessen: Neben dem Auftragsschweißen ist auch das Schweißen und Schneiden möglich. Die Strahlquelle kann applikationsspezifisch optimiert ausgewählt werden. Bei der Variante mit der herstellereigenen MWO-I-Powder-Optik zum Auftragsschweißen wird das Bauteil von einem Roboter unter der stationären Optik geführt. Der hierbei eingesetzte fasergekoppelte Diodenlaser beinhaltet alle Komponenten in einer kompakten Einheit, die komplett in der Zelle integriert ist. Ein schlüsselfertiges System für den Werkzeugbau bietet Erlas Erlanger Lasertechnik: Die
Bei dieser Roboter-Laseranlage von Erlas bewegt ein Gelenkarmroboter den Laserkopf über einem Beschnittwerkzeug.
Bild: Erlas
ursprünglich zum Laserhärten entwickelte Roboterzelle wurde so erweitert, dass damit nun auch Laserauftragsschweißen möglich ist. „Das Besondere an dem System ist das umfassende Konzept von der Offline-Programmierung, die wertvolle Anlagenzeit spart, bis zum temperaturgeregelten Härteprozess, der Hitzeschäden am Bauteil verhindert“, erklärt Armin Gropp, Projektleiter Vertrieb. „Der Beschichtungsprozess kann dabei sowohl zum Reparieren schadhafter Stellen als auch für das direkte Aufbringen von Hart- und Verschleißschutzschichten oder neuen Konturen eingesetzt werden.“ Der Arbeitsraum der Anlage wird über den gewählten Roboter definiert. Dies kann sowohl ein 6-Achsen-Roboter mit oder ohne zusätzlicher Linearachse als auch ein spezieller Portalroboter sein. Als Strahlquelle dient üblicherweise ein Multi-kW-Diodenlaser. Mithilfe von Schnellwechselsystemen ist das Umrüsten zwischen Härten und Beschichten schnell erledigt.
Technologiepaket
Neue Lösungen für die additive Fertigung hat auch Trumpf im Programm: Mit einem speziellen Technologiepaket für das Laserauftragsschweißen lassen sich je nach Anwendungsfall beispielsweise die Kompaktanlage TruLaser Cell 3000 oder die große fünfachsige TruLaser Cell 7040 ausrüsten. Mit Aufbauraten bis 500 cm³/h kann das Verfahren wirtschaftlicher als konventionelle Fertigungsmethoden sein. Zudem gibt es kaum Beschränkungen in der Materialkombination – es können nahezu beliebige Sandwichstrukturen erzeugt werden. Dabei erfolgt der Prozess an der freien Atmosphäre, was Nebenzeiten reduziert und somit auch die Kosten pro Bauteil senkt.
Trumpf offeriert auch Anlagen für das pulverbettbasierte Laserschmelzen: Die kompakte TruPrint 1000, die für Einsteiger wie Profis gedacht ist, kann mithilfe eines 200-W-Lasers Bauteile bis 100 mm Durchmesser und 100 mm Höhe generieren. Für Teile bis 300 mm Durchmesser und 400
Zum breiten Einsatzspektrum der Lasermaschine GL.compact gehören neben dem Laserdrehen auch Bohr-, Gravier-, Strukturier- und Schneidanwendungen.
Bild: GFH
mm Höhe ist in Kürze die neue TruPrint 3000 mit 500-kW-Laser erhältlich. Die für eine einfache Touchscreen-Bedienung optimierte Benutzeroberfläche führt intuitiv durch die einzelnen Prozessschritte. Sämtliche Komponenten sind in einem kompakten Gehäuse integriert: Laser, Optik, Prozesskammer, Filtereinheit und Schaltschrank. In der Prozesskammer sitzen Vorrats-, Bau- und Überlaufzylinder in einer Achse nebeneinander. Im Vorratszylinder der TruPrint 1000 haben bis zu 1,4 l Edelstahl, Werkzeugstahl, Aluminium oder andere schweißbare Werkstoffe in Pulverform Platz.
An der Messe Lasys war auch die IRPD AG aus dem Schweizer St. Gallen vertreten, die auf additive Fertigungsverfahren spezialisiert ist. Das Dienstleistungsunternehmen ist ein Joint Venture der United Grinding Group – ehemals Schleifring-Gruppe – und der universitätsnahen Inspire AG, an der die ETH Zürich maßgeblich beteiligt ist. Es ist der schweizerische Markt- und Technologieführer für Design, Produktion und Vertrieb additiv gefertigter Produkte und bedient über 300 Industriekunden in der Schweiz und im angrenzenden Ausland. Das Leistungsspektrum reicht von der Herstellung industrieller Metall- oder Kunststoff-Prototypen bis hin zur Fertigung von (Klein-)Serien komplexer Werkstücke.
Ein Beispiel für ein von IRPD realisiertes Projekt ist ein mittels pulverbettbasiertem Laserschmelzen erzeugter Flachsauger aus Edelstahl 1.4404.
Bernhard Reichenbach
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