KMU-innovativ Systemtechnik für die robuste Herstellung von Verschleißschutzschichten auf Innenkonturen durch Laserauftragschweißen (SEVENTEEN)

Problemstellung
Das Beschichten von Innenkonturen für den Verschleiß- und Korrosionsschutz sowie zur Reparatur stellt für viele Komponenten eine technische Herausforderung dar. Dies betrifft hochbelastete Bauteile aus der kunststoffverarbeitenden Industrie, wie beispielsweise ein Extrudergehäuse. Hier eignet sich das Laserauftragschweißen (engl.: Laser Metal Deposition (LMD)) besonders aufgrund der kompakten Bauweise der Innenbearbeitungsoptiken (IBO) und der hohen Qualität der erzeugten Schichten. Für die Herstellung qualitativ hochwertiger Beschichtungen ist es unerlässlich, den LMD-Prozess innerhalb eines qualifizierten Prozessfensters zu führen. Eine besondere Herausforderung besteht dabei in der Einrichtung, Kontrolle und Steuerung des Arbeitsabstandes zwischen IBO und Bauteiloberfläche, insbesondere bei kleinen Durchmessern (min. ca. 55 mm) und großen Eintauchtiefen (größer 1 m). Prozessabweichungen wird derzeit durch überhöhte Schichtdicken von bis zu 1 mm begegnet. Das führt bei der Nachbearbeitung der aufgetragenen Beschichtungen zu kostenintensiven Aufwänden.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projekts SEVENTEEN ist es, erstmals die reproduzierbare und wirtschaftliche Herstellung von Schichten mit präziser Kontrolle der aufgetragenen Schichtdicke auf Innenkonturen durch LMD zu ermöglichen. Hierzu wird eine neuartige prototypische Innenbearbeitungsoptik (IBO) für das LMD entwickelt. Diese zeichnet sich durch eine integrierte optische Messtechnik aus, die sowohl die Messung des Arbeitsabstandes am Bearbeitungsort als auch die der aufgetragenen Schichtdicke erlaubt. Ein weiterer Vorteil ist der modulare Aufbau der Elemente für Messtechnik, Laserstrahl- und Pulverzuführung für die flexible Anpassung an unterschiedliche Anwendungsfelder.

Vorgehensweise
Zur Erreichung der Projektergebnisse werden für die Einsatzbedingungen geeignete Messsysteme für die Messung des Arbeitsabstandes entwickelt und in eine prototypische IBO integriert. Dazu wird das Design der IBO beispielsweise zur Kühlung der Messtechnik angepasst. Die neuartige IBO wird durch Laserauftragschweißversuche unter Einsatzbedingungen erprobt und qualifiziert. Hier werden Demonstratorbauteile aus der Kunststoffindustrie bearbeitet, was die Herstellung von Beschichtung mit der neuartigen IBO und die mechanische Nachbearbeitung der Beschichtungen umfasst.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die verbesserte Systemtechnik ermöglicht die Erschließung neuer Anwendungsfelder zur
Innenbearbeitung, wie z. B. Turbomaschinenbau (Luft- und Raumfahrt), Leichtbau
(Fahrzeugindustrie), Werkzeugbau, Öl- und Gasindustrie oder Tanks und Rohrleitungen
(chemische Industrie, Wasserstoff). Dazu werden Marktzugänge auf Messen, Fachforen und der direkte Kundenkontakt gesucht. Darüber hinaus wird durch die gezielte Veröffentlichung in Fachzeitschriften für die neue Technologie geworben werden.

• Amtron GmbH
• Extruder Experts GmbH & Co. KG
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• IXUN Lasertechnik GmbH