Wärmebehandlung und Thermisches Beschichten

Dynamische Strahlformungseinheit »LASSY« während eines Laserstrahlhärteprozesses, montiert an einem Roboter.
© Fraunhofer IWS
Laserhärten einer Dampfturbinenschaufel mit integrierter Prozessüberwachung und -regelung

Für Bauteilgeometrien, Verschleißfälle und Werkstoffe, bei denen konventionelle Härte- und Beschichtungstechnologien versagen, bieten Laserrandschichttechnologien neue Lösungsansätze zur Erzeugung verschleißfester Oberflächen. Das Fraunhofer IWS ist führend in der Erforschung und Anwendung laserbasierter Verfahren wie Laserhärten, Laser-Auftragschweißen mit Pulver und Draht sowie Laserwalzplattieren. Ergänzt wird das Verfahrensspektrum durch das Laser Shock Peening, welches Druckeigenspannungsfelder in die Oberflächen einbringt und damit eine hohe Lebensdauer garantiert.

Unsere aktuellen Entwicklungsarbeiten zielen auf die Realisierung höchster Flächenraten durch Anwendung von Laserleistungen im Multi-10-kW-Bereich, Effizienzsteigerung und Qualitätsverbesserung. Wir setzen neuartige Strahlformungssysteme sowie eine präzise Temperaturfeldregelung ein, um wirtschaftliche, reproduzierbare industrielle Prozesse zu ermöglichen. Bei Industrieaufträgen sind die Anforderungen unserer Kunden unser wichtigster Maßstab, während bei öffentlich geförderten Projekten der Nutzen für die Gesellschaft im Mittelpunkt unserer Arbeit steht.

Unser Leistungsangebot umfasst:

  • Entwicklung und Industrieüberführung von laserbasierten Verfahren mit Hochleistungslasern für das Härten, Wärmebehandeln, Walzplattieren oder Auftragschweißen.
  • Einsatz von Hybrid-Technologien zur Optimierung der Prozessqualität und Prozesseffizienz, z.B. Laser + Laser, Laser + Induktion, Laser + Stromquelle
  • Entwicklung systemtechnischer Komponenten für die Prozessüberwachung und Regelung: Temperaturmessgeräte, Wärmefeldregelung, Sonderoptiken mit/ohne dynamische Strahlformung.
  • Entwicklung von Prozessköpfen und kundenspezifische Komponenten für das Auftragschweißen mit Pulver und Draht.
  • Bearbeitung von Entwicklungs- und Prototypmustern
  • Kompletter Technologietransfer: Integration der Laserprozesse in die industrielle Fertigung und Inbetriebnahme.
  • Entwicklung angepasster Oberflächen und Beschichtungen entsprechend der spezifischen Anforderungen von Bauteilen.

Forschungsschwerpunkte

 

Laserhärten

  • Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Oberflächen
  • Präzise Temperaturregelung
  • Bearbeitung besonderer Werkstoffe und komplexer Bauteile
 

Laser-Auftragschweißen

  • Pulver- und drahtbasierte Prozesse
  • Einsatz von Hybridtechnologien
  • Reparatur und Verschleißschutz
  • von Mikro bis Makro, von ultrapräzise bis Hochleistungsverfahren
 

Laserwalzplattieren

  • Herstellung von Bimetallen
  • R2R-Fügen metallischer Sandwichplatten
  • Laserwalzfügen von Bipolarplatten
  • Hochleistungsbeschichtung mittels Direktplattieren
 

Weitere Verfahren der Oberflächentechnik

  • Thermisches Spritzen
  • Laser Shock Peening
  • Laserformen und Umschmelzen
 

Systemtechnik

  • Temperaturerfassung, Prozess-und Wärmefeldregelung
  • Dynamische Strahlformung
  • COAX-Bearbeitungsköpfe für das Laser-Auftragschweißen

Highlights

 

Industrieüberführung

Laserhärten von Turbinenschaufeln

Video

Vollautomatische Wärmefeldregelung

Laserbearbeitung komplexer Bauteilgeometrien

Projekte

LaserPlatt

Laserbasierte Fertigungsmethode von Bimetall-Halbzeugen für massive Gleitlager zum Einsatz in Großkomponenten, Laufzeit: 07/2020–06/2022 (BMBF)

CHIMERA

Funktionalisierung von laserstrukturierten Faser-Kunststoff-Verbunden durch Thermisches Spritzen, Laufzeit: 05/2021–10/2023 (BMBF, FKZ: 03XP0368)

HP2BPP

Hochratenfähiges Fügen von Bipolarplatten aus zwei Halbplatten, Laufzeit: 05/2022–11/2025 (BMDV, H2GO – Nationaler Aktionsplan Brennstoffzellen-Produktion, FKZ: 03B11027A)

HYPRAEL

Advanced alkaline electrolysis technology for pressurised H2 production with potential for near-zero energy loss, Laufzeit: 03/2023–02/2026 (EU-Horizon)

TBC4H2

Thermal Barrier Coatings for greener heat-to-power applications, Laufzeit: 36 Monate (M-ERA.NET 3)

News und Medien

 

Presseinformation / 3.4.2023

Laser fügen leichte Sandwichstrukturen

Herstellung metallischer Leichtbauplatten im Rolle-zu-Rolle-Verfahren 

 

Aktuelles / 11.8.2022

Simulation für die 2D-Laserhärtung