Laserstahlhärten/Laser-Pulverauftragschweißen

Zwei Laser-Verfahren kombiniert

Die Forderungen nach mehr Verschleißschutz an Maschinenbauteilen und der Aufarbeitung verschlissener Bauteile erfüllen das Laserstahlhärten und Laser-Pulverauftragschweißen. Die Möglichkeit der Kombination beider Verfahren in einer Anlage ergibt sich aus der Übereinstimmung der Hauptbaugruppen und des Einsatzes beider Methoden im Maschinen-, Formen- und Werkzeugbau. Dabei zielt das Anlagenkonzept von Alotec Dresden auf eine kundenspezifische Lösung unter Verwendung von Standardbaugruppen.

Als Bewegungssystem kommen CNC-Maschinen mit Linear- und Drehachsen sowie Roboter zum Einsatz. Die roboterbasierende Kombi-Anlage kann mit einem Dreh-Kipp-Modul und einer Längsverfahreinheit bis auf neun Bewegungsachsen erweitert werden. Es steht ein Bearbeitungsraum von bis zu 6 × 2 × 1 m zur Verfügung. Die Laserstrahlquelle ist ein direktstrahlender Hochleistungsdiodenlaser mit Leistungen von 1 bis 6 kW. Der Laserkopf befindet sich an der Roboterhand. Das am Fraunhofer IWS in Dresden entwickelte Kamerasystem erfasst während des Härteprozesses die Oberflächentemperatur des Bauteils und ermöglicht ein temperaturgeregeltes Härten mit hoher Genauigkeit. Eine Kamera ermittelt die Maximaltemperatur von inhomogenen, instationären Temperaturfeldern. Der Anwender kann die Anzahl der Bildpunkte und deren Schwelltemperatur definieren.

Anhand der Ergebnisse aus der Temperaturmessung des Schmelzbades erfolgt die Steuerung der Laserleistung mit einer vom IWS entwickelten Leistungsregelung. Bei komplizierten Geometrien und wechselnden Wärmeableitungsbedingungen gewährleistet sie eine konstante Schmelzbadtemperatur. Die Laserleistungsregelung ermöglicht die Präzision und Reproduzierbarkeit beider Prozesse. Die Aufzeichnung der Oberflächentemperatur und Laserausgangsleistung liefert die Basis zur Dokumentation der Qualitätssicherung.

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Für den Härteprozess kann ein Bewegungsprogramm am Bauteil mit einer optischen Teachspitze erfasst werden. Alternativ dazu wird bei der externen Programmierung die zu bearbeitende Kontur am 3D-CAD-Modell gekennzeichnet und deren Koordinaten an einen Postprozessor übergeben. Zum Laser-Pulverauftragschweißen erfolgt die Datenübernahme für das aufzuschweißende Volumen ebenfalls aus den CAD-Daten oder über einen Scanner direkt vom Bauteil. Die Software bietet die Möglichkeit zur Festlegung der Bahnbewegung in Abhängigkeit der aufzuschweißenden Spurbreite und -höhe.

Der Postprozessor berechnet die Bahnbewegung des Lasers unter Beachtung des Flächennormalenvektors zur Senkrechteinstrahlung auf die Bauteil­oberfläche und der richtungsabhängigen Orientierung des Laserfokus. Die Simulation des Bewegungsprogramms dient der Kollisionsüberwachung. Und ein Teleservice gewährleistet Kundenbetreuung und Prozesskontrolle. ms

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