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Fraunhofer-Gemeinschaftsstand
Ein Messsystem zur automatisierten Charakterisierung der Pulverdüse beim Laser-Pulver-Auftragschweißen
Während bei konventionell genutzten abtragenden Verfahren wie dem Fräsen das Einmessen der Werkzeuge dem Stand der Technik entspricht, stellt dies beim Laser-Pulver-Auftragschweißen noch eine große Herausforderung dar. Zur Lösung dieses Problems und um die Grenzen des technisch Machbaren zu verschieben, wurde am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS das Messgerät »LIsec« entwickelt. Das Kürzel steht für »Light Section« (deutsch: Lichtschnitt) und verrät bereits das Prinzip: Ein Messlaser durchleuchtet den Pulverstrom nach Austritt aus der Düse. Im rechten Winkel dazu ist eine Kamera montiert, die Lichtschnitte durch das Pulver aufnimmt und an eine Analyse-Software weiterleitet. Daraus lässt sich hochpräzise die dreidimensionale Verteilung des Pulverstroms berechnen. Dies erlaubt eine deutlich vereinfachte Qualitätskontrolle und ermöglicht Rückschlüsse auf den Grad des Verschleißes der Pulverdüse.
Nutzen lässt sich dies beispielsweise, um beschädigte oder verschlissene Turbinenschaufeln von Flugzeugen in höherer Qualität und zuverlässiger als bisher zu reparieren. Insofern kann das Messgerät zu mehr Sicherheit und geringeren Wartungskosten in der Luftfahrt beitragen. Das Dresdner Institut erarbeitet bereits den Transfer der Technologie mit mehreren namhaften internationalen Unternehmen und Forschungsinstituten.
Gesteigerte Prozessreproduzierbarkeit durch permanente Überwachung des Pulvermassestromes
Neben der Schutzgasabschirmung des Prozesses mit »COAXshield« und der Qualifizierung des Pulverkegels durch das »LIsec«, ist es für einen stabilen und damit reproduzierbaren Prozess auch nötig alle Eingangsgrößen genau zu kennen und gegebenenfalls zu regeln. Besonders die kontinuierliche Messung der geförderten Pulvermenge stellte dabei bisher eine große Herausforderung dar.
Der derzeit am Fraunhofer IWS im Rahmen eines EUForschungsprojektes entwickelte Sensor »POWDERscreen« detektiert genau, wann und wie viel der unterschiedlichen Partikel dem Schmelzbad zugeführt werden. Daraus lässt sich die geförderte Pulvermasse exakt berechnen. So ist es möglich Schwankungen des Partikelmassestroms zu erkennen und einem nachgelagerten Regler zu melden.
Dies steigert nicht nur die Zuverlässigkeit des Prozesses deutlich, sondern ermöglicht es auch, gezielt mehrere unterschiedliche Pulver während des Schweißvorganges zu mischen. Eine zeitdiskrete Messung des Pulvermassestromes erhöht zudem den Digitalisierungsgrad des Prozesses deutlich und bietet Daten zur Erstellung eines digitalen Zwillings des erstellten Bauteils.
Video: Maßgeschneiderte Lösungen in der thermischen Oberflächentechnik (YouTube)
Härten, schützen und reparieren – Prozesse und Systemtechnik zum Laserstrahlhärten und -auftragschweißen
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS