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Additive Fertigung:
Generative Metall Bauteile

Ruhige Prozessführung – homogene, poren- und rissfreie Materialschichten: Additive Fertigung mit optimaler Effektivität

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Zum generativen Fertigen von Bauteilen, oft auch als Additive Manufacturing (AM) oder 3D-Drucken bezeichnet, existieren eine Reihe von Verfahren. Das Laser-Cladding, in diesem Zusammenhang auch Laser Metal Deposition (LMD) genannt, gewinnt dabei zunehmend an Bedeutung. Es ermöglicht Formen und Strukturen in einem Produktionsschritt – nahezu ohne Materialverlust, Nacharbeit und Werkzeugverschleiß aufzubauen (near-net-shape manufacturing). Hier werden Schichten aus identischen Materialien aufgebracht. Bei entsprechender Programmierung des Bearbeitungssystems kann ein Bauteil generiert werden. Neben Edelstählen kommen hier auch vermehrt Aluminium, Titan und Superlegierungen zum Einsatz, wie der Flugzeugbau sie in Turbinen, Rumpf und Flügeln verwendet.

Additive Fertigungsverfahren - Übersicht

Hauptwerkzeug der Additiven Fertigung ist ein System, das einen Laser, einen beweglichen Druckkopf und eine Metallpulverdüse oder Drahtzuführung enthält. Dieser zum 3D Druck geeignete Kopf wird über eine Bauplattform bewegt, wo er das Metallpulver bzw. den Draht aufbringt und mit dem Laserstrahl kurzzeitig aufschmilzt. Durch Erkalten des Materials und Auftrag der nächsten Materialschicht wird so streng nach Maßgabe des dreidimensionalen Konstruktionsplans nach und nach das gewünschte Bauteil generativ aufgebaut. Das technische Prinzip entspricht letztlich dem Auftragsschweißen, mit dem Unterschied, dass keine flächigen Schichten, sondern dreidimensionale Formen entstehen.

Laserline Auftragschweisse

Die Prozessvorteile des Diodenlasers

Das Top-Hat-Strahlprofil von Laserline Diodenlasern erzeugt sehr gleichmäßige Schmelzbäder und ermöglicht eine ruhige Prozessführung mit homogenen, rissfreien Materialschichten. Einer der vielversprechendsten Ansätze für optimierte Produktionsprozesse ist die Integration von Laserstrahlquellen in Werkzeugmaschinen. 

Anwendungsbeispiele

Additive Fertigung mit Drahtzuführung

Das Additive Manufacturing ist ein vergleichsweise junges Fertigungsverfahren, bei dem ein Bauteil durch schichtweisen Materialauftrag konstruiert wird. Ursprünglich für das Prototyping entwickelt, kommt es heute vor allem dort zum Einsatz, wo geometrisch komplexe Bauteile in kleinen Losgrößen zwischen 1 und 1000 hergestellt werden sollen. Die Additive Fertigung ist hier meist wirtschaftlicher, als herkömmliche Verfahren.

AM Bauteil

Laser Integration in Werkzeugmaschinen

Einer der vielversprechendsten Ansätze für optimierte Produktionsprozesse ist die Integration von Laserstrahlquellen in Werkzeugmaschinen. So werden Laserline LDM Diodenlaser zum Beispiel in eine fünfachsige Fräsmaschine integriert, wo sie einen Wechsel zwischen additiver und subtraktiver Bearbeitung möglich machen: Der Laser realisiert den Pulverauftrag, der Fräskopf die spanende Nachbearbeitung. 

Der integrierte Diodenlaser trägt das Pulver großflächig auf und schafft somit das Grundgerüst des Bauteils. Der nachgeschaltete Fräskopf arbeitet das generierte Teil lediglich an notwendigen Stellen spanend nach. Der flexible Wechsel zwischen Laser- und Fräsbearbeitung ermöglicht die Nachbearbeitung von Bauteilsegmenten, welche am Fertigteil nicht mehr erreichbar wären. Das ermöglicht jetzt Konstruktion und Fertigung, bei der Hinterschneidungen kein Problem mehr darstellen, oder die Herstellung überhängender Konturen ohne Stützstruktur. Es eröffnet grundlegend neue Anwendungs- und Geometriemöglichkeiten.

Additive Manufacturing
Quelle: HG Laser

Mehrfach kombinierte Applikationen

Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Laserline Diodenlasern bieten im Additive Manufacturing noch andere Optionen, die weit über das Wechselspiel von additivem Pulverauftrag und subtraktivem Zerspanen hinausgehen. So können die Laser zum Beispiel in eine zwölfachsige Fräsmaschine integriert und neben dem Pulverauftrag auch zum Schweißen und Härten eingesetzt werden. Hierfür werden neben Laser und Pulverdüse entsprechende Optiken eingebaut, zwischen denen abhängig vom Bearbeitungsvorgang hin- und hergeschaltet werden kann. Im Ergebnis lassen sich durch Additive Fertigung komplexe Fertigungsprozesse auf Basis einer einzigen Strahlquelle umsetzen.

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