Höchste Geschwindigkeit in drei Dimensionen

Eigenschaften des 3D-EHLA-Verfahrens

Das von der ponticon eingesetzte EHLA-Verfahren wurde am Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT und dem RWTH Aachen University Lehrstuhl Digital Additive Production DAP entwickelt. Auf Grundlage der Weiterentwicklung zum 3D-EHLA-Verfahren sind die Vorteile dieser Technologie erstmalig für die Beschichtung, Reparatur und Additive Fertigung von Bauteilen beliebiger Geometrie sowie die Entwicklung neuartiger Legierungssysteme einsetzbar.

Da rotationssymmetrische Körper mit verhältnismäßig geringem maschinenbaulichen Aufwand auf die erforderlichen Geschwindigkeiten beschleunigt werden können, war das Verfahren bis heute auf diese Art von Bauteilen beschränkt. Die auf maximale Steifigkeit ausgelegte pE3D Maschine von ponticon ermöglicht erstmalig die für das EHLA-Verfahren erforderlichen Vorschubgeschwindigkeiten in allen drei Raumrichtungen. Somit können dreidimensionale Bauteile unter Verwendung bisher nicht verarbeitbarer Werkstoffsysteme beschichtet, repariert und additiv gefertigt werden.

Prozessführung beim konventionellen LA
Prozessführung beim EHLA

Die Prozessführung hat zur Folge, dass die Vorschubgeschwindigkeiten signifikant gesteigert werden können. Darüber hinaus ist verfahrensbedingt die Fertigung filigraner Strukturen mit geringen Rautiefen möglich. Hierbei können Werkstoffsysteme eingesetzt werden, die bei Verarbeitung mittels konventioneller Verfahren unerwünschte intermetallische Phasen bilden oder keine metallurgische Verbindung eingehen.

Die Abkürzung EHLA steht für Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen. Diese Bezeichnung ist den hohen Geschwindigkeiten geschuldet, mit denen sich die zur Pulverzufuhr genutzte Düse relativ zum Werkstück bewegt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren des laserbasierten Auftragschweißens LA wird das zugeführte Metallpulver beim EHLA bereits oberhalb der Werkstückoberfläche aufgeschmolzen. Ein definierter Anteil des Laserstrahls erzeugt gleichzeitig eine homogene Schmelzzone mit einer Eindringtiefe von nur wenigen Mikrometern auf der Oberfläche des Werkstücks. Hier trifft das aufgeschmolzene Pulver auf das Werkstück und bildet eine schmelzmetallurgische Verbindung mit dessen Grundmaterial (siehe Bild “Prozessführung beim EHLA”).

3D-EHLA-Verfahren im Einsatz

Im Video wird die Fertigung einer 3D-Geometrie aus der Aluminiumlegierung AlSi7Mg bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 20 m/min in Echtzeit gezeigt. Die erforderliche Herstellzeit beträgt bei einer Höhe von 15 mm und einer Wandstärke von ca. 2 mm weniger als drei Minuten.